26.5. Фасадные конструкции остекления

Фасадные конструкции (витражи) из системных профилей и стекла классифицируют по различным признакам:

1) по применяемым материалам. Используются различные виды стекол и стеклопакетов, которые закрепляются в профилях, специально разработанных для фасадных систем. Применяются профили из алюминия, стали, ПВХ;

2) по теплоизолирующей способности. Фасадные конструкции остекления могут быть «теплыми», «холодными» и «тепло-холодными». Холодные системы для отапливаемых зданий не применяются;

3) по способу крепления стеклопакетов. Остекленные конструкции фасадов могут быть с видимыми элементами крепления стеклопакетов, как вертикальными, так и горизонтальными (стоечно-ригельный вариант), и со скрытыми элементами крепления (условно – вариант структурного остекления). Применяется и промежуточный вариант, когда на фасадной стороне присутствуют только вертикальные или только горизонтальные профили;

4) по способу крепления к несущим конструкциям здания фасадные системы остекления делятся на навесные (преимущественное применение) и самонесущие.

Во все «светопропускающие фасады» могут быть встроены окна и двери. Кроме стеклопакетов и стекол могут устанавливаться глухие (несветопрозрачные) утепленные панели. Их можно комбинировать со стеклопакетами, обеспечивая требуемую освещенность помещений и архитектурную выразительность фасадов.

Проектирование конструкций фасадного остекления требует не только решения вопросов, связанных с естественным освещением помещений и созданием выразительных фасадов, но и ряда технических задач. К ним относятся:

- решение вопросов статики всей конструкции в целом и особенно в местах крепления к несущим конструкциям здания;

- обеспечение компенсации температурных деформаций конструкций;

- конструктивные решения узлов примыканий светопропускающей конструкции к остову здания;

- выбор стекол и самой конструкции стеклопакетов;

- обеспечение вентиляции помещений;

- решение вопросов применения автоматических систем пожаротушения;

- обеспечение (при необходимости) системы солнцезащиты;

- обеспечение отвода влаги с любой высоты и площади остекления (система дренажа);

- эксплуатация светопропускающей конструкции (замена заполнений, мытье и т.п.).

При грамотном решении указанных проблем (при проектировании и качественном строительстве) «теплая» светопропускающая конструкция должна обеспечивать свою прочность, гидроизоляцию, пароизоляцию, теплоизоляцию (зимой и летом), звукоизоляцию, вентиляцию конструкции и дренаж конденсата, а также противопо­жарную защиту.

Важно понимать, что для навесных витражей должны применяться специально разработанные профильные системы. Самые разные архитектурные решения могут быть выполнены благодаря многообразию элементов профильных систем, которые включают в себя накладные и самонесущие профили с различной конструктивной толщиной (высотой сечения) для обеспечения работы под нагрузкой.

Фасадные конструкции позволяют интегрировать в свою структуру окна и двери (из подобных профилей), решать узлы перехода к светопропускающим кровлям. В системах ведущих производителей разработаны специальные элементы: продухи для остекленных скатов, элементы бокового и нижнего крепления створок (поворотных и откидных) и т.д. Все эти элементы могут иметь одинаковую ширину наружных профилей и восприниматься на фасаде как единое целое.

Необходимо понимать и то, что различные материалы (профили) нельзя слепо комбинировать друг с другом. Например, если основные конструкции выполнены из алюминия, то встраивать в них пластиковые окна (из ПВХ) нельзя, так как коэффициент температурного расширения у алюминия в два раза ниже, чем у пластика.

Для конструкций фасадного остекления используются, в основном, алюминиевые профили, но в последнее время популярность приобретают профили из стали. Могут применяться также армированные ПВХ-профили и комбинированные профили (стальалюминий).

Основными преимуществами стальных конструкций по сравнению с алюминиевыми аналогами являются лучшие характеристики по огнестойкости и безопасности, а также прочностные свойства, позволяющие реализовывать проекты без применения усиливающих элементов и выполнять большие пролеты в фасадной сетке. При одних и тех же размерах стеклопакетов габариты стоек и ригелей в сталь­ных сериях значительно меньше, чем в алюминиевых. Это улучшает эстетические характеристики светопропускающих конструкций как снаружи, так и изнутри.

Стоечно-ригельные конструкции фасадного остекления (рис. 26.48) свое название получили благодаря тому, что основными конструктивными элементами в этой системе являются вертикальные несущие стойки, к которым крепятся горизонтальные ригели. Несущая часть такой конструкции располагается с внутренней стороны навесной стены-витража.

Рис. 26.48. Здание с витражом-стеной стоечно-ригельной конструкции

Соединение стоек и ригелей в различных конструкциях осуществляется поразному. В вертикальной навесной стене соединение может выполняться «внахлест», когда профили частично перекрывают друг друга. Ригель прикрепляется к стойке с использованием алюминиевого соединителя (кронштейна), закрепленного в стойке с помощью прижимных винтов (рис. 26.49). Место соединения ригеля и несущего профиля герметизируется прокладкой из морозостойкой резины или силиконовым герметиком.

Рис. 26.49. Соединение стойки и ригеля из алюминиевых профилей: а – перпендикулярное; б – под углом; 1 – стойка; 2 – ригель; 3 – кронштейн; 4 – уплотнитель из резины; 5 – винт; 6 – силиконовый герметик

Соединение стоек и ригелей наклонно расположенной навесной стены может осуществляться при небольшом наклоне ригеля к стойке. Такой способ позволяет осуществлять дренаж из ригеля в несущий профиль.

Соединение между вертикальными и горизонтальными профилями может осуществляться также путем частичного углубления ригеля в вырезы вертикального профиля.

Стеклопакеты устанавливаются снаружи на алюминиевые опорные пластины, которые предварительно закрепляются к ригелю. В процессе монтажа стеклопакеты фиксируются по месту с помощью синтетических скоб, привинченных к несущим профилям. Уплотнители из резины обеспечивают герметизацию стыков между стеклом и алюминиевыми профилями. Прижимные планки стеклопакетов крепятся болтами из нержавеющей стали, и затем на прижимные планки защелкиваются декоративные алюминиевые крышки.

Обязательным требованием ко всем профильным системам является вывод конденсата. Это самый серьезный вопрос, на который необходимо обращать особое внимание при фасадном остеклении, так как стеклопакет одной своей поверхностью выходит наружу, а другой – в теплое помещение. Это значит, что у него обязательно есть зона, температура которой близка к температуре точки росы. В этой зоне образуются капельки воды, которые нужно вывести из конструкции, при этом ограждение должно оставаться герметичным и с наружной стороны (защита от внешних воздействий), и со стороны помещения (во избежание теплопотерь).

Существуют несколько способов вывода конденсата. Один из них – когда около каждого стеклопакета в нижней части делаются два или больше дренажных отверстий, через которые конденсат выводится из-под стеклопакета. Вода стекает по горизонтальным элементам к узлу крепления со стойкой, попадает в нее, уходит вниз и в самой нижней части выводится наружу.

Другим важным моментом правильного функционирования стеклопакета является вентиляция пространства вокруг него. Удаление влаги через дренажные каналы недостаточного размера, а также плохая вентиляция стеклопакетов могут привести к образованию плесени и росту грибков. При этом разъедается торец стеклопакета, покрытый герметиком, и нарушается герметичность, что приводит к образованию конденсата внутри стеклопакета и отпотеванию наружного стекла.

В системах из алюминиевых профилей должна быть решена проблема компенсации теплового расширения конструкций (особенно при значительных размерах). Горизонтальное расширение элементов навесной стены может компенсироваться путем крепления ригеля к вертикальному профилю через продолговатые горизонтальные отверстия и применением в стыках резиновых прокладок. Вертикальное расширение в местах соединения вертикальных профилей может компенсироваться с помощью расширительного профиля (выполняющего и функцию усиления конструкции). Такой профиль помещается во внутренние полости двух вертикально соединяемых стоек.

Существуют несколько принципов крепления конструкций остекления зданий. Один из них – навесная система, когда вся фасадная конструкция навешивается снаружи и крепится с помощью кронштейнов только к плитам перекрытия (рис. 26.50). Горизонтальные ригели являются элементами, которые только передают вес стеклопакетов на стойки. Эта система достаточно проста в устройстве, но требует наружного монтажа, а значит, наличия лесов либо навесных монтажных приспособлений.

Рис. 26.50. Узлы крепления стоек навесных витражей: а – с помощью кронштейна-детали; б – со сборным кронштейном; 1 – кронштейн; 2 – втулка; 3 – накладка; 4 – болт с гайкой и шайбой; 5 – стойка

Самонесущая на высоту этажа конструкция встраивается в здание. Она устанавливается на перекрытия, при этом торцы перекрытий, которые необходимо теплоизолировать и декорировать, остаются открытыми.

При необходимости применения витражей с большими пролетами (в зданиях с высокими этажами) бывает экономически нецелесообразно увеличивать жесткость конструкции путем увеличения сечения алюминиевых профилей. Проще изнутри поставить дешевый стальной каркас, на который закрепить алюминиевые конструкции. Размеры пролетов, для которых могут быть применены алюминиевые системы, определяются расчетом.

При выборе конструкции необходимо уделять внимание пожаробезопасности. Некоторые фирмы разработали специальные алюминиевые огнестойкие конструкции, которые могут применяться не только для фасадного остекления, но и в светопропускающих крышах. Увеличение огнестойкости обеспечивается минераловатными вкладышами и многослойными стеклами.

На рис. 26.51 показаны основные узлы конструкции навесного витража многоэтажного здания из алюминиевых профилей серии «RF 50». Серия предназначена для изготовления стеновых ограждений зданий, а также для изготовления наклонных светопропускающих покрытий, фонарей, зимних садов и других конструкций. В состав несущей системы входят стойки и ригели с видимой шириной 50 мм, которые соединяются между собой наложением ригеля на стойку без выборки паза в стойке. В зависимости от объекта и воздействующих на конструкцию нагрузок имеется возможность выбора несущих элементов с моментами инерции от 40 до 860 см⁴. При особо высоких нагрузках стойки можно усиливать специальными, вставляемыми внутрь стоек, профилями. Набор ригельных профилей позволяет, при необходимости, устанавливать ригель одинакового со стойкой размера – это удобно при монтаже в местах примыкания ограждающей конструкции к перекрытиям здания.

Рис. 26.51 Узлы навесных витражей из алюминиевых профилей серии «RF50»: а-з – горизонтальные сечения (стоек); и-о – вертикальные сечения (ригелей)

В серии имеется набор монтажных стоек, которые позволяют монтировать ограждающую конструкцию из предварительно собранных элементов (рис. 26.51 а), что значительно сокращает время монтажа. Использование монтажных стоек позволяет также компенсировать горизонтальные изменения размеров элементов конструкции под воздействием колебаний температуры. Вертикальные изменения размеров компенсируются взаимным (телескопическим) соединением двух стоек при помощи закладного профиля.

Для получения необходимых теплофизических и звукоизоляционных свойств ограждающей конструкции в серии «RF50» используется набор термовставок (термоизоляторов) из твердого ударопрочного поливинилхлорида (ПВХ) и набор уплотнительных прокладок из EPDM. Многокамерные термоизоляторы вставляются снаружи по всей длине стоек и ригелей.

Прозрачные части конструкции остекляются снаружи стеклом или стеклопакетами. В непрозрачные части могут устанавливаться различного рода слоистые панели (например, из набора – два окрашенных алюминиевых листа, между которыми располагается минераловатная плита, или другой вариант – наружное закаленное стекло, затем минераловатная плита и алюминиевый лист изнутри). Серия «RF 50» позволяет устанавливать заполнение толщиной от 4 до 50 мм, при этом возможны любые комбинации толщины (в указанном диапазоне) устанавливаемого заполнения.

В конструкции предусмотрена возможность удаления влаги и вентиляция области фальца стеклопакета.

В серии используется набор накладных декоративных крышек, которые могут иметь различный цвет. При этом конструкции могут быть двухцветными – внутренние элементы (стойки и ригели) окрашены в один цвет, а наружные элементы (крышки) – в другой.

В конструкцию фасадного остекления могут устанавливаться окна и двери любого типа открывания.

Соединительные и крепежные изделия (самонарезающие винты, болты, гайки и т.п.) изготовлены из нержавеющей стали (если есть контакт с алюминием) либо имеют антикоррозионное покрытие.

Фасадное структурное остекление (рис. 26.52) представляет собой единую поверхность стекла без видимых наружных накладных планок с минимальными зазорами между стеклами. Зазоры необходимы для того, чтобы компенсировать температурные колебания размеров соседних стеклопакетов. Несущий остов самого здания должен быть абсолютно жестким, а плиты перекрытий иметь минимальный прогиб, практически равный нулю.

Рис. 26.52. Здание со структурным остеклением (SCHUCO): а – общий вид; б – горизонтальное сечение; в – вертикальное сечение

В ряде технических решений предусматривается приклеивание стеклопакета к алюминиевой опорной рамке, которая затем закрепляется на вертикальные стойки и горизонтальные ригели. Для структурного остекления часто применяют особый стеклопакет, в котором наружное стекло делается длиннее, чем внутреннее. Это позволяет приклеивать к опорной рамке одновременно два стекла – наружное и внутреннее, что обеспечивает всей конструкции большую надежность.

Для увеличения безопасности и надежности системы остекления, помимо простого приклеивания стеклопакетов, существует еще и механическая фиксация путем продления опорной рамки и загибания ее за край стекла наружу. Алюминиевая рамка становится видна с фасада, но зато существенным образом повышается безопасность всей конструкции. Это особенно важно в случае пожара, так как термостойкость клея менее 200°С, и только механическое крепление позволяет стеклопакету удерживаться.

В российских условиях используется технология крепления стеклопакетов на механических фиксаторах, при которой опирание и фиксация происходят за счет поворотных скоб-«пропеллеров», имеющих по два прижимных уса (рис. 26.53). Используются специальные стеклопакеты, в которых рамка с абсорбентом расположена не у края, а заглублена приблизительно на 50 мм. Таким образом по всему периметру стеклопакета формируется паз. При монтаже «усы» ориентированы параллельно швам, свободно заглубляются в них на половину толщины стеклопакета и притягиваются саморезами. Швы по всему периметру заполняются силиконовыми уплотнителями, которые обеспечивают герметичность, компенсируют деформации вследствие термического расширения стекла относительно несущей структуры и возможные неточности монтажа.

Рис. 26.53. Крепление стеклопакетов структурного остекления зданий на механических фиксаторах (Россия)

Применяется также промежуточный вариант, когда только вертикальные или только горизонтальные накладки располагаются на наружной плоскости остекления. Стеклопакеты при этом варианте крепятся в одном направлении традиционным способом (стоечно-ригельная конструкция), а в перпендикулярном направлении швы между соседними стеклопакетами герметизируются специальными резиновыми прокладками. Это накладывает ограничение на размеры применяемых стеклопакетов. При такой конструкции стены-витража возможна установка открывающихся элементов со стыками, не видимыми с фасада.

В зданиях сравнительно небольшой высоты (в том числе этажей) возможно фасадное остекление с применением ПВХ-профилей по самонесущей или навесной схемам (рис. 26.54). В этом случае промежуточные ригели и горизонтальные элементы, примыкающие к перекрытиям, решаются аналогично оконным системам с использованием различных уширительных профилей. Вертикальные стойки должны в каждом конкретном случае рассчитываться на прочность. Как правило, они выполняются с применением соединительных усиленных ПВХ-профилей либо стальных профилей (см. рис. 26.46).