Массовое производство стекла стало возможным только в конце прошлого столетия благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды. В XIX в. появились первые машины-автоматы для изготовления изделий из полого стекла. И только в XX в. были разработаны различные способы вытягивания бесконечной ленты стекла: методы машинной вытяжки стекла Либби-Оуэнса, Фурко

Методы вытяжки стекла Либби-Оуэнса и Фурко
Рис 1.

а) По способу Эмиля Фурко, разработанному в 1902 году, стекло вытягивалось по вер-тикали из стекловаренной печи через прокат-ные вальцы в виде непрерывной ленты наружу, поступая в шахту охлаждения, в верхней части которой оно резалось на отдельные листы. Толщина стекла при этом регулировалась пу­тем изменения скорости вытягивания.
б) Этот метод находит применение вплоть до настоящего времени. Стекло, получаемое этим методом, называется тянутым стеклом. Для изготовления витринных и зеркальных стекол тянутое и прокатное листовое стекло подвергают шлифовке и полировке. Рис. 1. Схема вытягивания стекла способами Либбн-Оуэнса (а) в Фурко (б)

Самым последним этапом в производстве листового стекла был так называемый флоат-метод, разработанный и запатентованный в 1959 году английским изобретателем Аластером Пилкингтоном. При этом процессе стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшие охлаж­дение и отжиг.

Огромным преимуществом флоат-метода, по сравнению со всеми предыдущими, является, кроме всего прочего, более высокая производительность, стабильная толщина и качество поверхности. По качеству поверхности такое стекло не уступает полированному, - флоат-процесс вытесняет технику шлифовки и полировки стекла. Флоат-стекло характеризуется исключительной ровностью и отсутствием оптических дефектов. Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 5100-6000 мм х 3210 мм, при этом толщина листа может быть даже меньше двух миллиметров и достигать 25 миллиметров. Получаемое стекло может быть прозрачным, окрашенным или иметь специально нанесенное покрытие. Стекло, получаемое при помощи флоат-метода, называется флоат-стеклом, и в настоящее время является наиболее распространенным типом стекла.

Кроме обычных прозрачных стекол в строительстве применяются специальные стекла - стекла, окрашенные в массе, и стекла со специальным покрытием, называемые общим термином «низкоэмиссионные стекла».

Окрашенное в массе стекло изготавливается из сырьевых материалов, в которые добавляются различные вещества для получения желаемого цвета. Наиболее рас­пространенными являются цвета - промежуточный между бронзовым и коричне­вым, серый и зеленый. При этом можно изготавливать стекла и других цветов. Окра­ шенные в массе стекла известны также как солнцезащитные или абсорбирующие стекла, поскольку такие стекла поглотают (абсорбируют), сами по себе, больше сол­нечной тепловой энергии и света, чем обычные прозрачные.

Применение низкоэмиссионных стекол в конструкциях оконного и фасадного остекления позволяет решить широкий спектр архитектурно-строительных задач и является одним из наиболее перспективных направлений в мировой стекольной индустрии. Определяющей идеей в низкоэмиссионных технологиях является напыление на поверхность флоат-стекла проводящего покрытия из цветных металлов или полу­проводниковых оксидов, содержащего свободные электроны. За счет электропро­водимости и явлений интерференции, вызванных наличием в покрытии свободных электронов, могут быть получены стекла, предназначенные для выполнения следую­щих функций:

  • сокращение потерь тепла помещением за счет отражения тепловых волн в инфракрасном диапазоне;
  • отражение солнечной радиации;
  • зашита помещений от электромагнитного излучения и радиоволн;
  • отражение излучения в видимом диапазоне.

Напыление может наноситься как на прозрачные стекла, так и на стекла, окра­шенные в массе, при этом возможно получение таких специфических конструкций как электрообогреваемые стекла или «антистатические» стекла (защищенные от на­копления статического электричества).

В зависимости от функционального назначения проектируемого остекления, в нем могут быть применены два типа покрытия, принципиально различающиеся по технологии нанесения.

1. «Твердое покрытие» («Hard coating» - англ.) на основе оксида олова SnO2:F, называемое иначе «полупроводниковым покрытием». Стекла с таким покрытием как правило обозначаются в специальной литературе термином «к - стекло». Наносится непосредственно на одной из стадий производства флоат-стекла (так называемая технология «on-line» - англ. «на линии») за счет химической реакции пиролиза (разложения вещества под действием высоких температур). Во время этой реакции слой оксида олова оседает на поверхность горячего стекла, становясь неот­делимой его частью. При этом образуется крепкое и прочное металлическое покрытие, обладающее химической, механической и термической стойкостью, равноценной стеклу без покрытия. Твердые покрытия устойчивы к воздействию погодных условий и выдерживают воздействия температур до 620 "С.

2. «Мягкое покрытие» («Soft coating» - англ.) на основе серебра - Ag, обозна- чаемое в литературных источниках как «i - стекло». Наносится на готовое флоат-стекло (технология «off-line» - англ. «вне линии») и удерживается на нем силами молекулярного взаимодействия. Состоит из несколь­ких тонких слоев, выбор которых зависит от требуемых характеристик остекления -излучателъной способности, светопропускания, а также оптических свойств удале­ния нежелательного отражения. В отличие от «твердых» покрытий, «мягкие» ограниченно устойчивы по отноше­нию к погодным и температурным воздействиям. Однако, при установке в стеклопакете покрытием в сторону воздушной камеры, имеют долговечность, сопоставимую с «твердыми» покрытиями.

Закалкой называют процесс термоупрочнения стекла, основанный на специ­фике его физических свойств. Как уже отмечалось, на температурной шкале стекло не имеет определенной точки затвердевания, при которой оно переходило бы из жидкого состояния в твердое. Поэтому его можно нагревать до температуры чуть выше той, при которой молекулы, как в вязкой жидкости, еще способны к пласти­ческому сдвигу без появления внутренних напряжений. Если стекло нагреть так, чтобы весь его объем имел одинаковую температуру (чуть выше 570°С), а затем быстро охладить, то поверхность его затвердеет, в то время как внутренний слой еще оста­нется пластичным. При дальнейшем постепенном охлаждении затвердеет и внутрен­няя часть. Однако, она не сможет сжиматься с такой же силой, как до закалки, по­скольку внешние, уже затвердевшие слои стекла не смогут теперь деформироваться без возникновения напряжении.

Таким образом, в результате термической обработки, которая заключается в нагревании стекла до температуры закалки и последующем быстром охлаждении, наружные слои его приходят в состояние сильного сжатия, а внутренние - в состоя­ние растяжения. В результате в стекле образуется система напряжений, обеспечиваю­ щая его высокую механическую итермическую прочность по сравнению с обычным стеклом, которое может воспринимать только небольшие растягивающие усилия.

При разрушении закаленное стекло распадается на мелкие округленной формы осколки, которые не имеют острых режущих граней.

Под общим термином ламинирование понимают изготовление многослойных конструкций из стекла при помощи поливиниловой пленки или специального жидко-образного материала - смолы, а изготовленные таким образом конструкции назы-вают ламинированными стеклами. Ламинированное стекло может состоять из нескольких слоев одинаковых или разных по толщине и типу стекол; которые могут быть прямыми или криволиней­ными в соответствии с заданной формой. Толщина полученного ламинированного стекла зависит от количества стекол и их толщины, а также от толщины ламинирую-щих слоев.

Наиболее распространенным типом ламинированного стекла, применяемого в оконных и фасадных конструкциях различных классов безопасности, является так называемый триплекс - конструкция из двух стекол и промежуточного ламинирующего слоя. В отдельных случаях возможно наклеивание пленки на стекло с одной сторо­ны - так называемая односторонняя ламинация.

Основным достоинством ламинированных многослойных конструкций из стекла является безопасность при разрушении. Поскольку при разрушении осколки стекла остаются «висеть» на эластичной пленке, не возникает опасности образования ос-колков стекла, способных нанести травму. При помощи ламинирования можно изготавливать конструкции, которые могут служить в качестве стекол, защищающих от взлома и взрывной волны, а также пуленепробиваемых, ударопрочных и огнеза­щитных стекол. Ламинированные стекла хорошо защищают также и от УФ излуче-ния. При этом необходимо отметить, что ламинирование (в отличие от закалки) не увеличивает механическую прочность.

В основе пленочного ламинирования лежит принцип соединения пленки и сте­кол, предварительно вырезанных по заданному размеру. Отрезанные стекла моются, после чего выполняется операция сборки элемента, если нужно получить прямое стекло. Между заготовками стекол помещается пленка, толщина которой обычно равна 0.38 мм или 0.76 мм. Цветовую гамму ламинированных стекол можно расширить за счет использования как стекол различного цвета, так и различного цвета пленок, используемых для ламинирования. Процесс ламинации является двухстадийным. После операции сборки следует операция предварительного ламинирования - стеклян­ные элементы подвергаются сжатию, так называемой «холодной правке» в роликовой правильной машине. После этого элемент нагревают до температуры 80-90 °С. Эту окончательную стадию операции ламинирования называют «горячей правкой».

Стекла, полученные методом жидкостного ламинирования, отличаются от сте­кол, заламинированных при помощи пленки, как самим способом производства, так и свойствами, которые приобретает готовое изделие. Среди особенностей, отли­чающих стекла, полученные жидкостным ламинированием, можно отметить сле­дующие:

  • одно или оба стекла могут иметь шероховатую поверхность;
  • можно использовать низкоэмиссионные стекла с покрытием, тогда как горячее ламинирование с помощью пленки может испортить покрытие;
  • можно использовать очень толстые стекла
  • Многослойные стекла, полученные с помощью обычного жидкостного ламини­рования, мало отличаются с точки зрения пропускания видимого света от обыкновен­ного прозрачного стекла. За счет добавления пигментов в ламинирующую жидкость можно изготавливать цветные жидкостноламинированные стекла. «Цветной эффект» можноусилить путем совместного использования окрашенных жидкостей для лами­нирования со стеклами с зеркальной поверхностью.

    При необходимости получения выразительных архитектурных решений стекло может быть подвергнуто мелированию - изгибу. Молирование стекол производят в нагревательных камерах или печах с использованием специальных форм для прида­ния нужной конфигурации. Перед молированием стекло вырезают в соответствии с задаваемой формой. Для строительства, как правило, требуется производить гнутые стекла маленьки­ми и кратковременно выпускаемыми сериями. Изготовление молированных стекол является сложной операцией и предполагает наличие у производителя особых знаний и навыков. Учитывая требования, предъявляемые к промышленному производству и к качеству готового продукта, в производстве гнутых стекол для нужд строительной промышленности используется так называемая техника формования на оболочках - стекло нагревают и гнут в специальных печах.

    Стекло при нагревании изгибается на поверхности специально изготовленной стальной формы, принимая желаемую фор­му. При производстве гнутого стекла стекло охлаждают таким образом, чтобы в гото­вом изделии было как можно меньше напряжений. Минимальный радиус изгибания стекла определяют в соответствии с толщиной стекла,, при этом размеры стекла, со своей стороны, зависят от производственного оборудования, имеющегося у изготовителя, и факторов, зависящих от формы конструкции. Следует также отметить, что гнутые стекла можно ламинировать.

    ДОПУСТИМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ИЗГИБЕ

    Стекло имеет высокую прочность на сжатие, и значительно меньшую на растяжение и изгиб. Поэтому для расчета несущей способности конструкций из стекла необходимо знать величину допустимых напряжений при изгибе, которая для стекла не является постоянной, как у многих других материалов, а изменяется по величине в зависимости от следующих факторов:

    • длительности действия нагрузки;
    • схемы опирания стекла: по контуру с 4-х сторон, или с 2-х (3-х) сторон;
    • жесткости закрепления его на опоре;
    • соотношения длины и ширины стекла.

    Учитывая особые свойства стекла при расчете на прочность, нагрузки по характеру подразделяются не только по длительности действия, но и на эксплуатационные и разрушающие. К. эксплуатационным относятся: ветровая и снеговая нагрузки, нагрузки от скопления людей и собственного веса. К разрушающим относятся температурные и ударные - нагрузки, вызванные различными ударами или взрывной (ударной) волной. Стекло, испытавшее эксплуатационную нагрузку в течение длительного времени, обладает значительно более низкой несущей способностью по сравнению со вновь уста­новленным стеклом.

    ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКОН. НОРМИРОВАНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

    Проблема повышения звукоизоляции светопрозрачных конструкций, практи­чески полностью определяющих акустический климат помещения, на протяжении многих лет является одной из наиболее актуальных при проектировании гражданских зданий. Результаты многочисленных исследований, проведенных в этом направле­нии как отечественными, так и зарубежными специалистами, говорят о том, что борь­ба с проникновением шума в помещения через конструкции окон является комплекс­ной задачей - градостроительной, архитектурно- планировочной, конструктивной.

    Постановка задачи обеспечения комфортных акустических условий с точки зре­ния проектирования светопрозрачных конструкции осложняется прежде всего тем, что окна в украинских зданиях являются единственным источником притока свежего воздуха для обеспечения требуемых условий естественного воздухообмена. Таким образом, возникает необходимость увязки воедино требований, противоречащих друг другу с точки зрения физики, в результате чего необходимо рассматривать два прин­ципиально разных режима работы окна:

    • 1) окно, находящееся в закрытом положении;
    • 2) окно, открытое в режиме вентиляции.

    При этом следует отметить, что даже глухое, хорошо загерметизированное окно не в состоянии обеспечить идеальной защиты от транспортного шума, адекватной непрозрачным наружным стенам.

    В Советском Союзе решение этой непростой задачи развивалось по пути проек­тирования так называемых «шумозащитных» или «шумозащищенных» зданий. По способам защиты от шума эти здания подразделялись на два типа.

    • 1.Дома со специальной архитектурно-планировочной структурой и объемно- пространственным решением, в которых были реализованы такие принципы, как: расположение комнат общего пользования со стороны источника шума транспортной магистрали, и, соответственно спален - со стороны двора; включение в состав жилого дома дополнительных подсобных помещений группового пользования для создания гибкой планировочной структуры.
    • 2. Дома, окна и балконные двери которых имеют повышенную звукоизоли­ рующую способность и снабжены специальными вентиляционными уст­ройствами, совмещенными с глушителями шума.

    Кроме того, разрабатывались также варианты, в которых были реализованы ком­ бинированные решения. Таким образом, тенденция к проектированию шумозашитных домов отражала комплексный подход к решению градостроительных и строительно-акустических задач, направленных на формирование благоприятного акустического климата в зданиях. В настоящей книге нас будут прежде всего интересовать вопросы, связанные с конструктивными решениями окон, позволяющими получить максимально высокие характеристики с точки зрения звукоизоляции.

    ВОСПРИЯТИЕ ЗВУКА ЧЕЛОВЕКОМ. ШУМОВОЙ РЕЖИМ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ. ТРАНСПОРТНЫЙ ШУМ

    Шумовой режим городских территорий определяется воздействием целого ряда источников внешнего шума. К таким источникам, прежде всего, относятся средства автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта, ряд промышленных предприятий и установок, а также другие шумовые воздействия, связанные с различ­ными видами жизнедеятельности населения.

    Светопразрачные ограждения, обладающие звукоизоли­ рующей способностью, на порядок более низкой по сравнению с глухими участками наружных стен, практически полностью определяют степень защиты помещения от воздействия уличного шума. Правильно запроектированные свегопрозрачные ограждения должны обеспечи­вать снижение шумовых воздействий окружающей среды на человека до некоторых допустимых величин, регламентируемых санитарными нормами.

    РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В ВОЗДУХЕ. ХАРАКТЕР ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА ЧЕЛОВЕКОМ

    При распространении звуковых волн в воздухе в каждой точке звукового поля возникает попеременное сжатие-разрежение, что приводит к изменению давления в среде по сравнению с атмосферным (статическим) давлением. Разность между ат­мосферным давлением и давлением в данной точке звукового поля называется зву­ковым давлением Р (Па). Звуковое давление, воспринимаемое ухом человека, может меняться от порога слышимости до болевого порога в 1010 раз. При этом ощущение степени изменения звукового давления (субъективное восприятие человеком), согласно психофизическому закону Вебера-Фехнера близко совпадает с логарифмической кривой. Поэтому в акустике для оценки звуковых воздействий на человека принято исполь­зовать не абсолютные величины изменения звукового давления, а относительные - логарифмические.

    Приведем некоторые приближенные значения величин звукового давлении, которые могут с достаточной наглядностью характеризовать состояние акустической среды.

    Таблица
    Уровень звукового давления, дБИсточник шума Примечания
    0Полная тишинаУгнетает
    10Шелест листвыСостояние звукового комфорта
    35-40Тихий разговор, тихая музыка
    60-70Громкая речь
    75-80Громкая музыка, оживленная транспортная магистраль
    100 - 120Реактивный двигатель самолета
    130-140Болевой порог

    Под фасадными системами будем понимать системы оконных профилей, специ­ально разработанные для создания сплошного остекления как на отдельных участках фасада здания, так и по всей его плоскости. При этом все фасадные системы включают в себя группу специальных профилей для светопрозрачной кровли, выполняемой из стекла или прозрачного пластика.

    Фасадные системы воспринимают значительные по величине ветровые нагруз­ки; на профили воздействуют собственный вес стекла и температурные напряжения. В местах стыковки образующих элементов (профильной системы и заполнения) осте­кленные фасады могут промокать под сильным дождем.

    Профильные системы из поливинилхлорида, обладающие значительным коэф­фициентом температурного расширения и малой жесткостью рамных элементов, определяемой технологией их изготовления, имеют очень ограниченные возможности при применении их в фасадных системах. ПВХ в этой области уступает алюминию почти по всем показателям, за исключением более высоких теплозащитных качеств. В любом случае, остекленная стена на основе про­фильной системы из ПВХ, будет иметь более высокое приведенное термическое со­противление по сравнению со своим аналогом, выполненным на основе алюминия.

    Таким образом, серьезным препятствием для применения ПВХв фасадных кон-струкциях является подверженность профильной системы значительным темпера-турным деформациям. Ограничения по размерам элементов, накладываемые произ­водителями профилей, не позволяют делить фасад на остекленные ячейки большой площади, что, в свою очередь, ограничивает и творческие возможности архитектора.

    По своему конструктивному решению, технологии возведения и способу создания архитектурной композиции фасадные системы делятся на стандартные, структурные и полуструктурные.

    Стандартные фасады характеризуются наличием выраженного поэле­ментного членения. Наружная плоскость навесных ригелей и стоек выходит за плос­кость остекления, а цвет и форма завершающих планок является важным элементом архитектурной композиции. Крепление остекления осуществляется исключительно механическим способом при помощи штапиков и специальных планок.

    Заполнение ячеек между несущими конструкциями может осуществляться глу­хим остеклением, открывающимися окнами или непрозрачными сэндвич-панелями, представляющими собой жесткий экструдированный пенополистирол, облицо­ванный пластиком.

    Структурные фасады представляют из себя сложные конструктивные системы, основной идеей которых является создание сплошной гладкой поверхности остекления с минимально выраженным членением. При этом остекление прикрепляется к несущим элементам при помощи специального клея, а элементы навесной стоечно-ригельной системы полностью находятся за плоскостью остекления.

    Полуструктурные фасады занимают соответственно промежуточную позицию и сочетают в себе как архитектурные, так и конструктивные черты стандарт ных и структурных фасадов. Полуструктурный фасад отличается наличием видимы; алюминиевых кромок, обеспечивающих защиту краевых участков стеклопакета.

    Наряду со сложностью конструкции, системы структурного и полуструктурного остекления обладают и рядом несомненных достоинств по сравнению со стандартными. Они более красивы и выразительны с архитектурной точки зрения, при этом в отличие от стандартных фасадов, не имеют выраженных «мостиков холода», так как металл практически не соприкасается с наружным воздухом. В системах структурного остекления все участки стеклопакета, включая его краевые зоны, находятся в одинаковых условиях работы по отношению к температурным деформациям, что значительно снижает вероятность их разрушения в процессе эксплуатации. По сравнению со стандартными системами в структурных обеспечивается более эффективная защита от атмосферных воздействий, включая систему водоотвода. Важным преимуществом Структурных фасадов является возможность монтажа остекления «изнутри», гораздо более дешевого по сравнению с единственно возможным «наруж-ным» монтажом фасадов стандартных. В силу возможности монтажа «изнутри» остекление такого типа имеет более широкие возможности по применению в зданиях повышенной этажности.

    Таким образом, основу любой фасадной системы (как стандартной, так и структурной) составляют стальные стойки, как правило коробчатого сечения, закрепляе­мые на несущих элементах здания - стенах, перекрытиях, колоннах. На стойки плоскости фасада передается ветровая нагрузка, а также нагрузка от собственного веса остекления, воспринимаемая горизонтальными ригелями профильной системы. При этом конструкция остекления в целом может быть рассмотрена как единая оболочка, навешиваемая на несущие конструкции здания. В силу такого построения, характерного для всех фасадных систем, их называют еще навесными фасадами.

    Структурные и полуструктурные фасады выполняются из алюминиевых про­филей, а в стандартных могут использоваться как алюминиевые, так и комбиниро­ванные (ПВХ + алюминий + сталь) профили. Статический расчет фасадных систем производится по спе­циальным компьютерным про­ граммам, разрабатываемым фир­мами-производителями профи­лей. При этом следует отметить, что на сегодняшний день не суще­ствует единой методики, позво­ляющей рассчитывать параметры микроклимата помещений, нахо­дящихся за стеклянной стеной (с точки зрения теплотехники, инсо­ляции и акустического режима). В общей сложности можно го­ворить о том, что проблемы, свя­занные с проектированием, расче­том и возведением навесных остек­ленных фасадов зданий объеди­няют под собой одну из наиболее наукоемких и перспективных от­раслей строительства, находящую­ся в постоянном динамичном развитии.

    Уже сейчас отдельными производителями системных алюминиевых профилей разработаны специальные конструктивные решения, направленные на повышение теплозащитных качеств профильных систем, их огнестойкости, а также различные мероприятия по использованию остекленных фасадов как аккумуляторов солнечной энергии в энергосберегающих технологиях


    Цитаты из книги И.В.Борискина "Проектирование современных оконнных систем гражданских зданий" И.В.Борискина,А.А.Плотников,А.В.Захаров,-К.:Изд.Домашевская О.А.,2005.-320 с.:ил.176,библиогр.:с.29