Навесные светопрозрачные фасады: основные типы
Навесными светопрозрачными фасадами (навесными наружными стенами) в широком понимании называют ненесущие ограждающие конструкции здания, которые «висят» на несущем каркасе здания подобно занавесу или шторе. Поэтому в англоязычной технической литературе эти стены так и называют «curtain wall». Навесные фасады не только преобразили внешний облик городов, но и изменили весь комплекс технических характеристик зданий, особенно с точки зрения энергосбережения и обеспечения комфорта для людей. Концепция навесных стен остается одной из самых устойчивых концепций современной теории архитектуры и поэтому с конца 19-го века ненесущие фасады являются основой практически всех модернистских архитектурных течений [1].
Светопрозрачные фасадные конструкции
ГОСТ 33079–2014 определяет светопрозрачные фасадные конструкции как «наружные ненесущие стены, состоящие из каркаса, крепежных элементов, уплотнителей и светопрозрачного и/или непрозрачного заполнения». Ниже наряду с термином «светопрозрачная фасадная конструкция» будем для краткости применять также такие выражения как «светопрозрачный фасад», «навесная стена» и просто «фасад».
Словами «светопрозрачный» и «стена» светопрозрачные навесные фасады отделяются от навесных вентилируемых фасадов, которые также являются навесными, но не являются светопрозрачными и не являются стенами.
В самом общем понимании светопрозрачная фасадная конструкция — это рамная конструкция, которая может включать большое разнообразие материалов, форм и функций. Не смотря на множество внешних форм и видов, в основе большинства светопрозрачных навесных стен лежат одни и те же фундаментальные конструкционные принципы
Основными компонентами навесных светопрозрачных фасадов являются вертикальные стойки, горизонтальные ригели, панели заполнения и элементы крепления. Стойки и ригели, которые обычно изготавливают из прессованных алюминиевых профилей, образуют несущий каркас навесного фасада. Этот каркас является аналогом несущего каркаса здания из колонн и балок.
Стойки, как правило, устанавливают вертикально от одного этажа до следующего этажа с горизонтальными ригелями между смежными стойками. Таким образом, стойки и ригели образуют каркас, в который устанавливаются панели заполнения — стеклянные, металлические, каменные, а также из других материалов.
Заполнение
Наиболее часто в фасадном каркасе устанавливают заполнение из стекла, обычно с помощью резиновых уплотнителей или силиконовых герметиков, а также иногда с помощью точечных крепежных элементов.
Остекление стоечно-ригельного фасада:
по горизонтали — декоративная крышка, по вертикали — структурный силиконовый герметик [1]
Остекление, поддерживаемое точечными креплениями из нержавеющей стали
Металлические или каменные панели заполнения могут потребовать дополнительных крепежных элементов, чтобы поддерживать значительный вес этих панелей.
Панели заполнения подразделяют на прозрачные и непрозрачные. Прозрачные панели — это в основном изделия из стекла, непрозрачные панели — из стекла, металла, камня, терракоты и других материалов, сзади которых обычно располагается воздушная полость, герметичный короб и тепловая изоляция.
Кронштейны крепления
Вся конструкция из стоечно-ригельного каркаса и панелей заполнения прикрепляется к несущей строительной конструкции системой кронштейнов. Типичными кронштейнами навесного фасада являются стальные уголки или швеллеры (см. рисунок 1) со специальными мерами по защите их от коррозии. Эти кронштейны передают ветровые и статические нагрузки от навесного фасада на несущий строительный каркас. Система крепления навесной стены позволяют компенсировать отклонения от номинальных размеров, как несущей конструкции, так и самого навесного фасада путем регулировки в трех измерениях (осях x, y и z).
Стандартные и специальные системы навесных стен
Системы навесных стен можно классифицировать как стандартные и специальные. Большинство производителей навесных стен предлагают стандартные системы, различные компоненты которых можно просто выбрать из каталога. Эти системы имеют заранее проработанные узлы, которые прошли все необходимые испытания. Такие системы обычно являются более дешевыми. Обычно они имеют возможность выбора типов своих компонентов по конструкции стеклопакетов, несущей способности стоек и ригелей, свойствам материалов заполнения и т. д. Стандартные системы обычно выбирают для маломасштабных или малобюджетных проектов или для навесных стен без особых уникальных характеристик или эстетических требований.
Для уникальных зданий с крупным финансированием разрабатывают специальные системы, чтобы обеспечить специфические технические требования или особое эстетическое выражение. Специальные системы требуют обширных испытаний и контроля качества как в ходе проектирования, так и в процессе строительства. В отличии от них стандартные системы уже прошли полный цикл необходимых испытаний и поэтому требуют только ограниченного объема испытаний и проверок в процессе строительства.
Кроме того, что навесные стены подразделяются на стандартные и специальные, они еще классифицируются по методу их изготовления и монтажа. Хотя встречаются и смешанные системы, большинство навесных стен относятся к двум основным категориям: ригельно-стоечные фасады и модульные фасады.
Стоечно-ригельные системы
Монтаж стоечно-ригельного навесного светопрозрачного фасада
В стоечно-ригельных фасадах отдельные детали монтируются одна за другой — стойка за стойкой, ригель за ригелем — непосредственно на строительной площадке
Сначала вертикальные стойки закрепляют на несущей конструкции здания, затем между ними устанавливают ригели и в конце — панели заполнения вместе с другими вспомогательными деталями, такими как устройства для затенения или декоративные детали. Большинство стоечно-ригельных систем являются стандартизированными, готовыми комплектами деталей, которые всегда доступны для поставки со склада. Это обеспечивает им относительно низкую стоимость по сравнению со специальными, часто уникальными, системами. Другим преимуществом стоечно-ригельных систем является низкая стоимость их доставки на строительную площадку, так все ее компоненты легко и компактно упаковываются и могут доставляться на место отдельно.
Основной недостаток стоечно-ригельных систем вытекает из метода их монтажа на строительной площадке, а именно, более медленным темпом работ, большой долей стоимости рабочей силы и повышенного потенциала для проблем с качеством и точностью выполнения работ, по сравнению с заводской сборкой. Поэтому стоечно-ригельные навесные стены обычно ограничиваются зданиями малой и средней высоты.
Модульные системы
Монтаж модульной светопрозрачной навесной стены
Модульные системы навесных стен состоят из готовых модулей, которые собираются в контролируемых заводских условиях и затем доставляются на строительную площадку. Типичная модульная единица навесного фасада имеет ширину от 1,2 до 3 метров и высоту в один или два этажа с креплением за каждое междуэтажное перекрытие или несущие балки.
Каждая модульная фасадная панель прибывает на строительную площадку уже полностью застекленной и готовой к монтажу. Поэтому монтажные работы на строительной площадке сводятся к минимуму. К преимуществам модульных систем относится также более жесткий контроль качества в процессе изготовления и более быстрый монтаж на стене здания. Кроме того, модульные системы обладают большей способностью компенсировать перемещения здания под воздействием прогибов, ветровых нагрузок и температурного расширения-сокращения.
К недостаткам модульных систем относится более высокая стоимость их доставки на строительную площадку и необходимость последовательного монтажа. Дело в том, что смежные стеновые модули соединяются друг с другом специальными замками (см. ниже рисунок 8) и поэтому должны монтироваться в особой последовательности, тогда как стоечно-ригельные системы позволяют монтировать стены более свободно. Модульные фасадные системы обычно выбирают для высотных и очень больших зданий, а также в некоторых случаях при строительстве малоэтажных зданий при наличии достаточного финансирования.
Алюминиевые профили для навесных стен
Различия в методах монтажа между двумя этими системами становятся понятными при сравнении деталей их конструкции. Вертикальные и горизонтальные элементы каркаса в обоих типах конструкции состоят из прессованных алюминиевых профилей, которые проходят вертикально от одного этажа до другого на расстоянии около 1,5 м. Типичное заполнение проемов в обоих случаях — это однокамерные стеклопакеты. Алюминий как строительный материал обладает высоким отношением прочность/вес, что очень важно для создания легких ограждающих конструкций здания. Кроме того, алюминий хорошо воспринимает различные виды защитно-декоративных покрытий, такие как окраска (жидкая и порошковая) и анодирование.
Главное преимущество алюминия заключается в том, что легко поддается экструзии. Этот процесс заключается в том, что нагретый алюминий продавливается через специальные матрицы с образованием профилей со сложным сечением. Стойки и ригели стоечно-ригельных систем прессуются в виде прямоугольных коробчатых профилей со специальными пазами для установки уплотнителей. Вертикальные стойки закрепляют кронштейнами к междуэтажным перекрытиям, а уже на них устанавливают горизонтальные ригели.
Состав стоечно-ригельного светопрозрачного навесного фасада
В образовавшиеся проемы устанавливают стеклопакеты и прикрепляют их к стоечно-ригельному каркасу специальными прижимными планками винтами-саморезами. Давление, которое передается от прижимных планок на стеклопакеты через уплотнители, обеспечивает их надежное крепление к алюминиевому каркасу. Прижимная планка обычно отделяется от стойки и ригеля пластиковым или резиновым терморазрывом, чтобы снизить потери тепла в зимнее время. Снаружи на прижимную планку обычно устанавливается самозащелкивающаяся крышка, которая также представляет из себя алюминиевый профиль. Эта крышка скрывает детали крепления прижимной планки и обеспечивает каркасу декоративный вид.
Поперечное сечение стоечно-ригельного светопрозрачного навесного фасада
Поперечное сечение модульного светопрозрачного навесного фасада
Вертикальная стойка в стоечно-ригельной системе — это один цельный профиль. В отличие от него в модульном фасаде вертикальный элемент состоит из двух смежных элементов соседних модулей, которые образуют замковое соединение. Иногда такую вертикальную стойку называют динамической потому, что она позволяет некоторое относительное перемещение между смежными модулями под воздействием температурного расширения или сокращения. Это дает модульной системе в целом большую гибкость по сравнению со стоечно-ригельной системой.
Герметизация стыков
Чтобы обеспечить герметичность стыков между двумя модулями применяют уплотнители. Вариант модульной стены, включает так называемое структурное остекление, когда стеклопакет «вклеивается» в свою раму с помощью высокопрочного силиконового герметика вместо уплотнителя, прижимной планки и крышки. Структурное остекление дает декоративный эффект непрерывной плоской стеклянной поверхности за счет минимума видимых алюминиевых профилей.
Известно, что при применении силиконовых герметиков необходима высокая культура производства и жесткий контроль качества. Поэтому структурное остекление применяют в основном только при применении модульных систем навесных стен, которые изготавливаются в контролируемых заводских условиях. По этой причине применение структурного остекления для стоечно-ригельных систем, которые полностью монтируются в условиях строительной площадки весьма ограничено, но, тем не менее, применяется.
Необходимо отметить, что модульные системы могут также применять более традиционные методы остекления с прижимной планкой и наружной крышкой. Материалом для рамных элементов большинства навесных стен являются прессованные алюминиевые профили из сплавов 6060 и 6063, однако в специальных системах навесных стен возможно применение и других материалов, например, нержавеющих сталей.