Świat Szkła - Branża okienna Okna Drzwi Szkło budowlane Szkło okienne
Rozwój fasad budynków reprezentacyjnych w opraciu o konstrukcje
cięgnowe
Współczesne fasady nowoczesnych budynków reprezentacyjnych oprócz funkcji użytkowych w większości
przypadków stanowią o wizualnym efekcie obiektu (fot. 1). Podstawowe konstrukcje metalowe
uzupełniane są poprzez tafle szklane stanowiące jednocześnie dosztywnienie poprzez „szkła
dz
wigane” niejednokrotnie z wykorzystaniem szklanych słupów, żeber czy pilastrów.
Coraz bardziej atrakcyjne stają się fasady z widoczną czy wręcz eksponowaną konstrukcją metalową,
której wrażenia lekkości dodają układy stężeń poprzecznych, układy blacho-kratownic czy kratownic
przestrzennych. Coraz popularniejszymi stają się obecnie w tym segmencie budownictwa tzw. kratownice
cięgnowe.
Rozwój tego typu konstrukcji stał się możliwy dzięki ogromnemu postępowi jaki dokonał się w
przemyśle technik linowych.
W celu podkreślenia reprezentacyjnego charakteru nowobudowanych obiektów wraz z zastosowaniem
konstrukcji cięgnowych (rys. 2) wykonuje się przeszklenia strukturalne – punktowe z
wykorzystaniem klejonych połączeń stalowych elementów do powłoki szkła. Gabaryty tafli szklanych
posiadają wymiary nawet 5x2,5 m, co tworzy wrażenie niewyobrażalnej wiotkości i lekkości ściany czy
przekrycia.
Wiotkość tego typu konstrukcji jest jednak tylko pozorna. Przekrycia te (przeszklenia) odpowiadają
takim samym rygorom odnośnie granicznych wartości infiltracji powietrza i wody, jak tradycyjne elewacje
ścienne (tab. 1 i 2). Podstawowym kryterium szczelności ściany przyjmuje się nieprzenikanie wody
deszczowej przez przegrodę przy polewaniu wodą w ilościach 120 litrów na godzinę na metr kwadratowy
ściany. Klasa systemu zależy od wielkości ciśnienia, przy którym w trakcie badania nastąpił przeciek. Na
podstawie klasyfikacji EN 12154 przyjęto graniczne wartości odkształceń i szczelności dla całego panelu
ściennego. Odnosząc się do szczelności na infiltrację powietrza to, najogólniej rzecz ujmując, ściana
osłonowa powinna sprostać wymaganiom normy EN 12152, klasyfikującej ściany osłonowe ze względu na
infiltrację powietrza w zależności od maksymalnego ciśnienia, przy którym ilość powietrza infiltrująca
przez ścianę przekroczyła 1,5 m3/(m2 h). Odpowiada to w przybliżeniu współczynnikowi infiltracji 0,1
m3/(m h daPa2/3).
Zatem sztywność ścian i ich konstrukcji, z uwagi na lokalne podparcia punktowe i styki (uszczelnienia)
pomiędzy taflami szkła, musi być zachowana i dokładnie wyznaczona na etapie projektowania
konstrukcji. Cięgnowe układy kratowe dla zachowania parametrów użytkowych ściany czy dachu
wymagają wstępnych sprężeń Dla standardowych układów stężających wystarczą siły rzędu 10-15%
nośności przekroju cięgna w celu zapewnienia jego sztywności. Dla ustrojów bezramowych, jakimi są
rozwijające się kratownice cięgnowe, siły w cięgnach niejednokrotnie są dwu- lub nawet trzykrotnie
większe od przytoczonych wcześniej standardowych usztywnień cięgnami ścian.
Kolejnym obwarowaniem, z jakim musi poradzić sobie przemysł linowy, są wpływy od relaksacji i
pełzania, występujące zawsze w konstrukcjach sprężanych.
Obecnie stosowane sploty lin i ich uzwojenie, kleszczące się pod wpływem przyrostu naprężeń,
znacznie zmniejszają pełzanie i przyrosty odkształceń cięgna. Nie można jednak pomijać węzłów w
kratownicach cięgnowych dających możliwość rektyfikacji i korekty naciągu w trakcie użytkowania
obiektu.
Kratownice cięgnowe w sensie geometrycznym mogą przypominać kształtem układy Wirendala.
Jednak w tym przypadku o przenoszeniu jakichkolwiek momentów węzłowych nie może być mowy,
ponieważ zarówno pas górny i dolny kratownicy jest zaprojektowany w postaci ciągłego cięgna,
tworzącego ze słupkami węzły idealnie przegubowe. Słupki tych układów sytuowane najrzadziej w
miejscach styku i montażu paneli szklanych-elewacyjnych są zaprojektowane jako pręty sztywne,
najczęściej o przekroju rurowym lub kwadratowym zamkniętym. Mocowanie słupków do cięgien głównych
pasa górnego i dolnego projektuje się na zaciskach linowych, w postaci okuć widełkowych, ze stosunkowo
grubymi blachami węzłowymi tak, by nie uległy one lokalnej deplanacji pod działaniem sił skupionych.
Oprócz układów płaskich, obecnie projektanci w tej konfiguracji wykonują również układy przestrzenne,
ze stożkowymi segmentami powtarzalnymi, w wierzchołkach których występują jako ściskane pręty
sztywne, zaś pozostałymi elementami są cięgna. Na fot. 3 przedstawiono mocowanie paneli szklanych za
pomocą systemowych uchwytów czteroramiennych. Z prawej strony widać sztywny pręt (słupek), od
którego odchodzą cięgna rozciągane, tworząc układ kratowy.
W Japonii i we Francji wykonuje się próby powiązania cięgnowych układów ze słupkami ze szkła
http://www.swiat-szkla.pl Kreator PDF Utworzono 12 November, 2009, 18:14
Świat Szkła - Branża okienna Okna Drzwi Szkło budowlane Szkło okienne
będącymi integralną częścią paneli elewacyjnych. W ten sposób próbuje się wyeliminować całkowicie
stalowe elementy ściskane z konstrukcji. Podstawowym mankamentem tych prób są okucia w węzłach i
problemy z naprężeniami krawędziowymi. W najbliższym czasie, przy wykorzystywaniu szkła klejonego,
pierwsze budynki z tego typu rozwiązaniami na pewno powstaną.
Każdorazowo jednak projektując fasadę z wykorzystaniem kratownic cięgnowych płaskich, bądz

przestrzennych, koniecznym jest, by na najniższej kondygnacji i przy belce okapowej wykonać na tyle
sztywną konstrukcję, żeby mogła ona przenieść całość sił od fasady.
W poziomie parteru (u podnóża fasady) nie ma problemów z wykonaniem konstrukcji o należytej
sztywności. Obecnie najczęściej projektuje się na parterze podwójne, sztywne ramy z profili
walcowanych, do których przytwierdza się całość układów cięgnowych. Siły wyrywające kompensowane
są w tej ramie przez jej ciężar, ciężar fundamentów wraz z naziomem itd. Dużo więcej trudności
napotykają projektanci przy osadzeniu konstrukcji fasady u jej szczytu.
Wysokość tego typu konstrukcji, z uwagi na zachowanie należytej sztywności, nie powinna być
większa niż cztery do pięciu kondygnacji.
Fasadę tego typu kotwi się najczęściej do sztywnych dz
wigarów dachowych, projektowanych
specjalnie do tego celu na siły sprężające przewidziane w cięgnach. Rzadziej wykorzystuje się
bezpośrednio konstrukcję żelbetową budynku, z uwagi na występowanie dużych sił skupionych od cięgien
i kłopoty z ich kotwieniem w żelbecie.
Każdorazowo jednak projektant musi przewidzieć użytkowe ujęcia dz
wigarów, do których mocowana
jest fasada i amplitudę tych ugięć. Konstrukcja dachowa w obrębie mocowania elementów cięgnowych
– sprężanych ma być na tyle przesztywniona by jej użytkowe ugięcia nie miały istotnego wpływu
na walory użytkowe fasady. W szczególności na możliwości niszczenia i rozszczelnienia połączeń,
szczelność fasady na infiltrację powietrza i wody.
Jako panele szklane najczęściej stosuje się szkło laminowane, niskoemisyjne. Służy ono zmniejszeniu
wahań temperatury. Stała temperatura konstrukcji ogranicza wpływy reologiczne, przez co pozwala na
lepszą pracę konstrukcyjnych elementów fasady. Laminowane tafle, dzięki zastosowaniu warstw żywicy
i/lub folii pomiędzy szybami, pozwalają w momencie uszkodzenia na pozostanie tafli na miejscu.
Dla całości okuć stosuje się stale szlachetne polerowane elektrolitycznie lub ręcznie. Cięgna –
najczęściej w postaci wykończenia ocynkowaniem galwanicznym lub ogniowym. Coraz częściej firmy
zajmujące się techniką linową oferują również zestawy cięgien ze stali nierdzewnej.
Obecnie szacuje się, że stopień wykorzystania konstrukcji w postaci płaskich i przestrzennych układów
bezramowych dla ścian fasadowych w najbliższych dwóch-trzech latach podwoi się, wypierając
dotychczasowe systemy przeszkleń fasadowych w budownictwie reprezentacyjnym.
dr inż. Maciej Cwyl
Politechnika Warszawska
http://www.swiat-szkla.pl Kreator PDF Utworzono 12 November, 2009, 18:14