Строительные стекла и стеклопакеты |
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 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. 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:
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: 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. |
Уровень звукового давления, дБ | Источник шума | Примечания |
0 | Полная тишина | Угнетает |
10 | Шелест листвы | Состояние звукового комфорта |
35-40 | Тихий разговор, тихая музыка | |
60-70 | Громкая речь | |
75-80 | Громкая музыка, оживленная транспортная магистраль | |
100 - 120 | Реактивный двигатель самолета | |
130-140 | Болевой 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
Полы, лестницы, козырьки