CC BY
22СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ СВЕТОПРОПУСКАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
Копосов Александр Александрович
Аспирант,
Санкт-Петербургского Политехнического университета Петра Великого,
Санкт-Петербург
MODERN TECHNOLOGIES OF BUILDING CONSTRUCTION USING LIGHT TRANSMISSIONING STRUCTURES
Koposov Aleksander Aleksandrovich
Graduate student,
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University АННОТАЦИЯ
Технологии возведения малоэтажных зданий различного назначения в массовом современном строительстве определяются их конструктивно-технологическими и объемно-планировочными решениями, функциональным назначением, условиями строительства, а также требованиями по обеспечению энергосберегающих зданий.
На сегодняшний день, основная доля строящихся в России зданий относятся к классу, так называемых не энергоэффективных сооружений, с использованием относительно теплопроводных материалов и наружных ограждений. Особое внимание ученых, занимающихся проблемами энергоэффективности зданий, направлено на наружные ограждения, через которые в течение отопительного периода теряется от 20% до 40% тепловой энергии в зависимости от этажности и конструктивных особенностей сооружения. В России и за рубежом проводятся интенсивные и многочисленные исследования, которые направлены на изыскание легких и энергоэкономичных ограждающих конструкций. Основные показатели таких конструкций сводятся к небольшой трудоемкости возведения, ремонтопригодность и долговечность.
ABSTARCT
Technologies for the construction of low-rise buildings for various purposes in mass modern construction are determined by their structural, technological and space-planning solutions, functional purpose, construction conditions, as well as requirements for ensuring energy-efficient buildings.
To date, the bulk of buildings under construction in Russia belong to the class of so-called non-energy efficient structures, using relatively heat-conducting materials and external fences. Special attention of scientists dealing with the problems of energy efficiency of buildings is directed to external fences, through which, during the heating period, from 20% to 40% of thermal energy is lost, depending on the number of storeys and design features of the structure. Intensive and numerous studies are carried out in Russia and abroad, which are aimed at finding light and energy-efficient enclosing structures. The main indicators of such structures are reduced to a small laboriousness of construction, maintainability and durability.
Ключевые слова: энергоэффективное строительство, быстровозводимые дома, скоростной монтаж, стекло, металлоконструкции, фасадные системы, ограждающие конструкции.
Keywords: energy-efficient construction, prefabricated buildings, high-speed installation, glass, metal structures, facade systems, enclosing constructs.
Для остекления фасада здания используют различные виды конструкций. Прозрачные фасады могут иметь самые различные вариации, но наиболее распространенными на сегодняшний день считаются стоечно-ригельные системы. Основным элементом такой конструкции выступают несущие вертикальные стойки, на которые закрепляются горизонтальные ригели (балки, берущие на себя основную часть нагрузки). За счет такого крепления система и получила свое название. Главный каркас остекления находится с внутренней стороны стены и внешне практически незаметен.
Данный фасад энергоэффективен, прочен, надежен, удобен, и, что самое главное, экономичен в уходе и эксплуатации. Основное преимущество системы заключается в том, что наряду с внешней привлекательностью и максимальной
светопроницаемостью, конструкцию обладает
качественной термоизоляцией. Алюминиевые профили могут соединяться между собой в нескольких вариациях, такая маневренность позволяет создавать самые разнообразные дизайнерские решения.
В случаях, когда необходимо дополнить стоечно-ригельный фасад открывающимися элементами, то допускается встраивание любого типа окон и дверей, в том числе и имеющие скрытые створки, то есть которые не видны с внешней стороны строения.
Система относится к наиболее простому варианту остекления фасада зданий, она легко монтируется и отличается сравнительно небольшой стоимостью. Такие системы бывают двух основных типов:
• закрытая система остекления;
• полузакрытая система остекления.
Закрытая стоечно-ригельная система фасадного остекления зданий - это классическая система, которая состоит из внутреннего каркаса из алюминия (стойки и ригели) и внешних профилий-прижимов. Само соединение ригелей и стоек между собой бывает различного плана.
Алюминиевый каркас снабжен специальными резиновыми уплотнителями, которые герметично прижимают стеклопакет и не пропускают холод и уличный шум внутрь помещения. Внешний вид алюминиевого фасадного остекления фасада представляет собой практически сплошное стекло, разделенное узкими горизонтальными и вертикальными планками декоративного назначения. Подобные алюминиевые крыши отлично дополняют композицию и делают ее более гармоничной.
Такая система считается комбинированным типом между классическим стоечно-ригельным остеклением и структурным вариантом. То есть присутствует только один тип декоративных крышек - либо горизонтальные, либо вертикальные планки. Вместо прижимных планок на отсутствующем направлении используются специальные штапики, надежно удерживающие остекление.
С внешней стороны фасад выглядит как единая цельная конструкция. Такого эффекта удалось добиться за счет применения особых маскирующих профилей, стеклопакет окружен практически незаметной рамой, но, в то же время очень прочной. Наличие только горизонтальных или вертикальных планок придает зданию единое направление (в горизонтальной или вертикальной плоскости) и дополнительный объем.
Декоративные крышки, так же как и в предыдущем варианте, могут иметь разнообразные формы и цветовые оттенки. Пространство между маскирующими планками заделывается уплотнителем или герметиком. Такие средства устойчивы к любым погодным условиям и также обеспечивают хорошую звукоизоляцию и
теплоизоляцию. Еще одно преимущество данной системы заключается в том, что монтировать остекление можно изнутри.
Наряду с ригельно-стоечной системой, в современном строительстве применяются и такие типы остекления,
как структурное, спайдерное и панорамное остекления. Данные виды относятся к сплошному фасадному остеклению. Именно с помощью него удается добиться светлых, визуально просторных помещений, и особой привлекательности, а также презентабельности экстерьера. Кроме прямых форм, стало возможным создавать изогнутые линии фасадов и граненые фасады. Чтобы понять, в чем заключается достоинство каждого вида, следует более подробно рассмотреть все из перечисленных вариантов сплошного фасадного остекления.
Стеклопакет в такой конструкции соответствует всем требованиям по безопасности. Так, наружное стекло здесь имеет несколько большую толщину, чем внутреннее, кроме того, для данной фасадной системы применяется только закаленное стекло.
В качестве герметизирующего средства используется силиконовые составы, которые не разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения, а также не боятся влаги и температурных колебаний
Основными методами закрепления стеклопакетов в фасадном остеклении считаются:
• двухстороннее крепление (установка крепежей по вертикали и горизонтали, на герметик крепятся только две стороны);
• четырехстороннее крепление (установка крепежей по углам, на герметик монтируются все стороны).
В табл. 1 приведено сравнение трех видов фасадных систем по основным экспутационным показателям.
Таблица 1
Технико-экономические показатели фасадных систем
Показатель Стоечно-ригельные системы Спайдерные системы Структурное остекление
Внешняя поверхность Стекло Стекло Стекло
Система изоляции Стеклопакет Стеклопакет 5-камерная сердцевина
Высота/ ширина блока, мм 3000/1500 5000/2000 2500/2500
Величина сопротивления теплопередачи (по всему модулю), м2*ос/Вт 0,57-1,1 0,78-1,5 0,43-1
Величина сопротивления теплопередачи (значение в центре элемента) м2*ос/Вт 0,42-0,82 0,51-1,1 0,32-0,64
Светопропускание, % 0,65 0,76 0,87
Звукоизоляция 56 60 76
Водонепроницаемость 350 100 400
Герметичность, м3/м2 0,2 0,1 0,3
Допустимая ветровая нагрузка 94 65 80
Предел огнестойкости Е30 EW30 ЕЬ30
Панорамным фасадным остеклением называют такой тип остекления, где само стекло располагается от потолка и до пола, то есть во всю высоту помещения. Для такого типа фасадных систем подходят только следующие типы стекол:
• армированные;
• закаленные;
• ламинированные;
• покрытые металлизированной пленкой.
Внешне панорамные фасадные системы
выглядят как сплошная стеклянная стена. В многоэтажном строении в качестве внешних стен применяются конструкции из алюминия, а для фасадного остекления балконов и лоджий в панорамном варианте, чаще всего используются профили из ПВХ.
При монтаже панорамного остекления фасада следует учитывать ряд важных факторов, которым должно отвечать стекло:
• отличная стойкость к ветровым и динамическим нагрузкам;
• защита от холода и шума;
• влагонепроницаемость;
• высокая прочность;
Ослабить воздействие солнца можно посредством поглощения или отражения. В первом случае применяются специальные виды окрашенных стекол.
Стекла по технологии triplex соединяются посредством поливинилбутиральной пленки. Собранный комплекс подвергают автоклавной обработке при температуре 140 - 160 оС и давлении 12 атм. Слоенная структура не только придает триплексу высокую ударопрочность, но и обеспечивает безосколочный характер разрушения. При сильном ударе мелкие осколки не разлетаются, а удерживаются пленкой. Многослойное стекло
• повышенный уровень безопасности;
• долговечность;
• огнезащита.
При возведении панорамных стен из стекла следует выбирать только такой материал, который при разрушении не может причинить вред человеку, то есть осколки не должны иметь острых краев и при этом должны быть достаточно мелкими, чтобы не имели большого веса.
Выбирая конструкцию, наибольшее внимание уделяют жесткости профиля, так как именно от этого показателя зависит срок службы изделия.
В наши дни при необходимости создаются оконные системы, сопротиаление теплопередачи которых превышает 2,0 м2*С/Вт, то есть по теплотехническим характеристикам близкие к стеновой ограждающей конструкции (для Санкт-Петербурга приведенное сопротивление теплопередачи наружной стены должно быть не менее 3,0-3,2 м2*С/Вт).
В табл. 2 представлены технические характеристики современных стекол,
используемых в строительстве.
Таблица 2
производится также методом заливки, при котором зазор между стеклами заполняется специальной полимерной смолой. Под действием ультрафиолетового излучения смола отверждается и прочно скрепляет стекла. Такая технология не требует предварительной подготовки листов. В состав полимерной смеси можно вводить пигменты, что позволяет получать тонированные изделия. Правда, заливной триплекс более подвержен расслоению и, следовательно, менее долговечен, нежели его пленочный «собрат».
Мероприятия по пожаробезопасности являются важной составляющей при
Технические показатели стекол, используемых в строительстве
Наименование Плотность, кг/м3 Масса, кг/м2 Разрушающее напряжение, МПа Теплопроводность, Вт/мК Коэффициент упругости, МПа Прочность на растяжение, МПа
Листовое стекло 2500 2,5 250 1,00 12 30
Армированное стекло 3200 3,2 632 1,21 32 110
Закаленное стекло 2500 2,5 507 0,93 66 200
Солнцезащитное стекло 2600 2,6 255 1 14 34
Флоат-стекло 2900 2,9 490 0,87 50 140
Селективное стекло 3000 3,0 378 0,91 42 65
Эмалированное стекло 2650 2,6 280 1,03 25 32
Поликарбонат 3500 2,8 700 0,7 65 200
Акриловое стекло 2600 2,6 290 0,98 35 120
Антибликовое стекло 2600 2,6 260 1 14 130
Увиловое стекло 2800 2,8 450 0,95 28 150
проектировании, строительстве и дальнейшей эксплуатации объектов. Такие задачи необходимо решать еще до ввода в эксплуатацию, с учетом всех требований к огнестойкости ограждающих конструкций из стекла.
В современном строительстве существует четыре основных вида огнестойких стекол:
• закаленное листовое стекло, изготовленное по специальным технологиям;
• многослойные стекла;
• армированное стекло;
• стеклопакеты.
Каждый вид огнестойких стекол имеет свои достоинства и недостатки, также свою область применения. В ограждающей конструкции, разработанной автором используется
многослойное стекло, соответственно в диссертации представлено исследование именно этого вида стекла. Такая конструкция включает несколько слоев стекла, в промежутке между которыми располагаются слои из терморазбухающих материалов.
С целью снизить травматизм и ущерб от осколков стекла необходимо использовать самоклеящиеся оконные полимерные пленки. Такие пленки препятствуют разлету осколков, которые могут образовываться при взрывах и пожарах. Толщина полимерных пленок составляет 0,2-2 мм. Для создания безопасного остекления только оконной пленки недостаточно. В данной технологии существует слабое место, а именно область примыкания стекла к креплению, крепления к стальной раме. В табл. 4. представлены основные характеристики межстекольных пленок, которые применяются в строительстве в настоящее время.
Стекло, как строительный материал постепенно приобретает конструкционный статус. Флоат-стекло имеет наиболее оптимальные техническо-экономические показатели: плотность стекла 2900 кг/м2, разрушающее напряжение в стекле может достигать 490 МПа, теплопроводность 0,87 Вт/мК, коэффициент упругости 50 Мпа, прочность на растяжение 140 Мпа. В современных условиях остро стоит вопрос о производстве стекла со стабильными, заведомо известными прочностными характеристиками, которые можно включать в нормативные документы, использовать в расчетах.
Эффективные технологии энергосберегающих светопрозрачных конструкций в России развиты не достаточно. Наиболее оптимальными технико-экономическими показателями обладают фасадные системы структурного остекления: система изоляции в таких системах 5-ти камерная сердцевина, величина сопротивления
теплопередаче приближена к 1 м2*ос/Вт, предел огнестойкости EL30.
Библиографический список
1. Сычёв С. А. Многофункциональная оптимизация в технологии высокоскоростного модульного строительства // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 4 (57). С. 99-104.
2. Sychev S.A. High-tech construction system for high-speed construction of multifunctional prefabricated buildings. / Sychev S.A.// Housing construction, Moscow, No. 3 August 2016, pp. 1-6
3. Sychev S. A. Perspective technologies of construction and reconstruction of buildings / S. A. Sychev, G. M. Badin. - SPb .: Publishing house "Lan", 2017. - 292 p.
4. Viscomi B.V., Michalerya W.D., Lu L.W. Automated construction in the ATLSS integrated building systems // Automation in construction. 1994, no. 3, pp. 35-43.
5. Сычев С.А., Копосов А.А. Конструктивно-технологический анализ современного строительства полносборных зданий из светопропрозрачных конструкций // Актуальные проблемы строительства: материалы 70-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства»: в 3-х ч.; СПбГАСУ. - СПб., 2017. -Ч. 2. - С. 54-57
6. Сычев С.А., Копосов. А.А. Быстровозводимые энергоэффективные здания и сооружения на основе типовых элементов // Актуальные проблемы строительства: материалы 71-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства»: в 3-х ч.; СПбГАСУ. - СПб., 2017. -Ч. 3. - С. 27-30.).
7. Копосов А. А. Одноэлементная плоская строительная система высокоскоростного монтажа многоэтажных полносборных зданий // Молодой ученый. — 2018. — №21. — С. 49-51.
8. Сычев С. А., Копосов А. А. Технология возведения быстровозводимых зданий и сооружений на основе одноэлементной плоской строительной системы высокоскоростного монтажа полносборных зданий // Вестник гражданских инженеров. — 2019. — №72. — С. 100-109.
9. Koposov A.A. Comprehensive analysis of modern technologies for the construction of prefabricated building // Process management and science development, Birmingham, UK - 2021. -c.120-126.
10. Koposov A.A. Installation technology of a prefabricated one-piece building // Scientific research of the SCO countries: Synergy and Integration, Beijing, PRC.
