Zasady oceny nowych rozwiązań lekkich ścian osłonowych metalowo-szklanych

Obok rozwiązań strukturalnych występują oszklenia semistrukturalne, które różnią się tym, że obok połączenia spoiwem mają dodatkowo na obwodzie ramkę lub odpowiednio ukształtowaną listwę dociskową (rys. 9).

Rys. 9. Ściana aluminiowo-szklana tzw. semistrukturalna:
a) przekrój pionowy, b) przekrój poziomy 1 - uszczelka; 2 - szczeliwo z silikonu; 3 - rygiel; 4 - słup; 5 - ramka krawędziowa

Nośność, sztywność i wymagania ogólnobudowlane

Nośność

Wymagania nośności są analogiczne jak w przypadku ścian słupowo-ryglowych. Należy jednak dodatkowo uwzględnić wymagania do spoiwa konstrukcyjnego. Wymagania te podane są dla każdego spoiwa w aprobatach technicznych.

Dla przykładu, przy stosowaniu spoiwa konstrukcyjnego DC 993 do łączenia szkła z profilami aluminiowymi w projektowaniu należy przyjmować następujące wartości dopuszczalnych naprężeń:

• rozciągających - σ = 0,14 N/mm²,
• ścinających - τ = 0,11 N/mm²

oraz następujące wartości współczynników sprężystości:

• przy rozciąganiu i ściskaniu - E_o = 1,4 N/mm²,
• sprężystości poprzecznej - G_o = 0,47 N/mm².

Wymagania dotyczące właściwości spoiwa DC 993 podaje za Aprobatą Techniczną ITB AT-15-3220/98 tablica 2.

Wymiary spoin ze spoiwa konstrukcyjnego są projektowane dla każdego obiektu odrębnie przy uwzględnieniu obciążeń zewnętrznych zgodnie z obowiązującymi normami.

Sztywność

Wymagania sztywności są takie same jak w przypadku ścian słupowo-ryglowych.

Wymagania ogólnobudowlane

Wymagania ogólnobudowlane nie różnią się od wymagań stawianych ścianom słupowo-ryglowym, po uzupełnieniu o poniższe wymagania, wynikające ze specyfiki szklenia strukturalnego:

• producent spoiw konstrukcyjnych powinien licencjonować wykonawców klejenia konstrukcyjnego,
• producent zobowiązany jest do przeszkolenia licencjobiorców oraz opracowania i przekazania im wytycznych zawierających kryteria odbioru szkła i profili aluminiowych, zasady przygotowania powierzchni łączonych wyrobów, przy zastosowaniu wskazanych przez producenta środków do odtłuszczania i gruntowania łączonych powierzchni, wykonywania spoin i wskazanie środka do czyszczenia sklejonych elementów oraz wskazanie środków do mycia i konserwacji,
• przed przystąpieniem do wykonywania spoin, licencjonowany wykonawca powinien posiadać komplet ważnych dokumentów oceny zgodności wystawionych przez producenta lub właściwe certyfikaty wystawione przez akredytowane jednostki certyfikujące.

Metody oceny nośności i sztywności

Metody oceny ścian z oszkleniem strukturalnym należy przyjmować analogiczne jak w przypadku ścian słupowo-ryglowych, z dodatkowym zakresem badań dotyczącym samego spoiwa i obejmującym sprawdzenie:

• badania bieżące wykonywane przez producenta dla każdej partii składników spoiwa przeznaczonych do odbioru:
  • gęstości właściwej składnika podstawowego,
  • gęstości właściwej katalizatora,
  • analizy termogranimetrycznej,
  • twardości Shore'a po wymieszaniu składników,
  • barwy po wymieszaniu składników;
• badania bieżące prowadzone przez licencjonowanych wykonawców:
  • badania odbioru surowców (profile, szkło),
  • sprawdzenie dokumentów atestacyjnych z badań bieżących prowadzonych przez producentów,
  • sprawdzenie jakości powłok antykorozyjnych na profilach metalowych,
  • inkluzję pęcherzyków gazów,
  • doraźnej wytrzymałości na rozciąganie przy zerwaniu;
• badania okresowe prowadzone przez niezależne laboratoria:
  • wytrzymałość na rozciąganie przy zerwaniu i pomiar naprężeń przy 5, 10, 12,5 20 i 25% odkształcenia po 28 dniach od wykonania próbki i 24 h sezonowania w temperaturach -20°C, +23°C i +80°C,
  • wytrzymałość na ścinanie przy zerwaniu po 28 dniach od wykonania próbki i 24 h sezonowania w temperaturach jw., m
  • wytrzymałość na rozciąganie przy zerwaniu po przyspieszonym starzeniu w wodzie i działaniu UV,
  • wytrzymałość na rozciąganie przy zerwaniu po działaniu
    • mgły solnej,
    • wilgoci SO₂,
    • środków czystości.

Wymiary próbek, procedury badawcze, określają Wytyczne UEAtc oraz dla każdego spoiwa podane są w Aprobatach Technicznych.

Szczelność, higiena i zdrowotność oraz estetyka

Wymagania i metody oceny ścian z oszkleniem strukturalnym w zakresie szczelności, higieny i zdrowotności oraz estetyki są analogiczne jak w przypadku ścian słupowo-ryglowych.

Dodatkowy w zakresie zagadnień higieny i zdrowotności wymaga się aby producent opracował instrukcję bezpieczeństwa i higieny pracy przy posługiwaniu się spoiwem konstrukcyjnym.

Bezpieczeństwo pożarowe

Wymagania bezpieczeństwa pożarowego w stosunku do ścian z oszkleniem strukturalnym są analogiczne jak dla ścian słupowo-ryglowych.

Izolacyjność cieplna i kondensacja pary wodnej

Wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej i kondensacji pary wodnej w stosunku do ścian z oszkleniem strukturalnym są analogiczne jak dla ścian słupowo-ryglowych.

Izolacyjność akustyczna

Wymagania akustyczne w stosunku do ściany z oszkleniem strukturalnym są analogiczne jak dla ścian słupowo-ryglowych. Analogiczne jest również podejście do oceny właściwości akustycznych ściany na podstawie badań laboratoryjnych i terenowych.

Ochrona przed korozją

Wymagania ochrony przed korozją w stosunku do ścian z oszkleniem strukturalnym są analogiczne jak dla ścian słupowo-ryglowych.

Trwałość

Trwałość ścian z oszkleniem strukturalnym w normalnych warunkach eksploatacji i przy okresowej konserwacji oraz renowacji poprzedzonej szczegółową oceną stanu technicznego połączeń nie powinna być mniejsza niż 80 lat.

Wytyczne UEAtc określają trwałość oszkleń strukturalnych na 25 lat. Według uzyskanych informacji producent daje gwarancję na 10 lat i przedłuża je na kolejne okresy po przeprowadzeniu szczegółowych oględzin stanu technicznego oszkleń.

Ściany osłonowe z oszkleniem strukturalnym stosowane są od ok. 30 lat i jak dotychczas nie było informacji o degradacji połączenia konstrukcyjnego.

Ściany "elementowe"

Ściany "elementowe" są to prefabrykowane ściany słupowo-ryglowe, ściany z oszkleniem strukturalnym, bądź dwupowłokowe (rys. 10).

Rys. 10. Ściana osłonowa z elementów prefabrykowanych z oszkleniem strukturalnym

Stosowane są głównie do obiektów wysokościowych, gdzie ze względu na utrudniony montaż ten rodzaj ściany daje duże korzyści.

Wymagania i zasady oceny są zatem identyczne jak w przypadku wymienionych rozwiązań.

Osłony ścian zewnętrznych

Jest to rodzaj ścian osłonowych, w których ważną rolę odgrywają okna (rys. 11). Okna mocowane są do elementów podokienno-nadprożowych, np. monolitycznych lub murowanych budynków istniejących, ewentualnie nowych. W zależności od rozwiązania ścian budynku, profile aluminiowe stanowiące konstrukcję osłon zewnętrznych, mogą być wykonane z profili z przekładkami termicznymi, bądź bez przekładek.

Rys. 11. Osłony ścian zewnętrznych (tzw. ściana ciepło-zimna)
1 - profil aluminiowy z przekładką termiczną; 2 - profil aluminiowych bez przekładki termicznej; 3 - przepona uszczelniająca

Rozwiązania te, jako podstawowe zastosowanie znajdują w przypadku renowacji obiektów już istniejących.

Metody oceny jak i wymagania stawiane tym ścianom są analogiczne jak w przypadku ścian słupowo-ryglowych.

Ściany dwupowłokowe

Dane ogólne

Składają się praktycznie z dwóch ścian oddalonych od siebie o kilkanaście do kilkudziesięciu centymetrów:

• ściany najczęściej słupowo-ryglowej (od strony pomieszczeń),
• ściany z tafli szklanych mocowanych mechanicznie do wsporników, które są przytwierdzone do powłoki wewnętrznej ściany lub konstrukcji nośnej budynku; zewnętrzna powłoka ściany z tafli szklanych może być całkowicie szczelna, bądź też mieć otwarte fugi poziome i pionowe pomiędzy taflami szkła.

Wykonywane są na budowie z wyrobów składowych, bądź w zakładzie produkcyjnym i jako wielkowymiarowe, wykończone prefabrykowane elementy, montowane na budynku. Są to rozwiązania o wysokich walorach techniczno-użytkowych, lecz bardzo kosztowne.

Zasady oceny oraz wymagania są takie same jak w przypadku ścian słupowo-ryglowych i elementowych, z wyjątkiem wymagań dotyczących bezpieczeństwa pożarowego i akustyki.

Bezpieczeństwo pożarowe

Szczegółowych przepisów dotyczących ścian dwupowłokowych nie ma. Jest natomiast ogólne wymaganie podane w § 208 ust. 2, p. 3 rozporządzenia [14]:

"2. Budynek i urządzenia z nim związane powinny być zaprojektowane i wykonane w sposób zapewniający w razie pożaru:
(...)
3) prowadzenie akcji ratowniczej oraz ograniczenie rozprzestrzeniania się pożaru w obiekcie i na sąsiednie obiekty."

Należy rozumieć to w taki sposób, że ściana dwupowłokowa powinna ograniczać rozprzestrzenianie się pożaru w obiekcie co najmniej na takim samym poziomie jak ściana jednopowłokowa.

Rys. 12. Rozprzestrzenianie ognia przez podwójną ścianę zewnętrzną

W przypadku ściany dwupowłokowej (rys. 12) - często takie ściany powstają przy modernizacji budynków istniejących - możemy rozróżnić trzy sytuacje pokazane na rys. 15.

Rys. 13. Schematy wentylacji ścian dwupowłokowych
A) swobodna wentylacja pomiędzy pierwszą i ostatnią kondygnacją
B) wentylacja w kierunku kanału zbiorczego
C) wentylacja w ramach jednej kondygnacji

Z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe ściany dwupowłokowe są niekorzystne z następujących przyczyn:

• brak bezpośredniego dostępu do pomieszczeń z drabin straży pożarnej i utrudnienie rozwinięcia akcji gaśniczo-ratowniczej z zewnątrz,
• możliwość rozprzestrzeniania się ognia i dymu pomiędzy kondygnacjami lub pomieszczeniami na jednej kondygnacji i utrudnienie akcji gaśniczej a także ewakuacji wewnątrz budynku.

Zapewnienie bezpieczeństwa pożarowego na poziomie obowiązujących przepisów [14] można uzyskać stosując rozwiązania według alternatywy:

• Wewnętrzna powłoka wykonana w taki sposób, że zapewnione jest spełnienie kryterium szczelności i izolacyjności na kondygnacji wyższej (EI) oraz kryterium szczelności (E) na kondygnacji, na której wybuchł pożar (rys. 14).

Rys. 14. Rozwiązanie z powłoką wewnętrzną o określonej odporności ogniowej

Okna w tym rozwiązaniu powinny być zamykane automatycznie w przypadku pojawienia się dymu w pomieszczeniu lub pomiędzy powłokami ściany.

• Zastosowanie rozwiązania według rys. 13C) z zastosowaniem przegród pionowych zabezpieczających przed rozprzestrzenianiem się ognia i dymu w kierunku poziomym. W rozwiązaniu tym część nadprożowo-podokienną można kształtować według rys. 4.

Izolacyjność akustyczna

Ściany dwupowłokowe należy oceniać pod względem akustycznym ze względu na:

• izolacyjność akustyczną w stosunku do hałasu występującego w otoczeniu budynku,
• wpływ zewnętrznej powłoki na powstanie przesłuchów akustycznych między pomieszczeniami.

Wymagania w stosunku do izolacyjności akustycznej są analogiczne jak dla ścian słupowo-ryglowych, bowiem wynikają z tej samej normy PN.

W przypadku ścian dwupowłokowych, które są układem dwóch ścian oddalonych od siebie, można spodziewać się dużych wartości izolacyjności akustycznej. Zasady i metody badań izolacyjności są analogiczne do wcześniej omówionych. Będą natomiast występować trudności w odwzorowaniu cech rozwiązania w próbce do badań ze względu na jej ograniczone wymiary, może to spowodować konieczność specjalnej interpretacji wyników badań.

Wpływ ściany dwupowłokowej na powstawanie przesłuchów akustycznych między pomieszczeniami związany jest z występowaniem odbić fali akustycznej w przestrzeni między ścianami składowymi. Zagadnienie to nie jest możliwe do zbadania w warunkach laboratoryjnych. Możliwe jest przeprowadzenie symulacji komputerowych, uwzględniających wielokrotne odbicia energii akustycznej w zależności od wymiarów przestrzeni między ścianami składowymi, a także współczynników pochłaniania powierzchni wewnętrznych tych ścian, ale należy liczyć się z tym, że wyniki takiej symulacji będą mało dokładne.

Z doświadczeń zagranicznych wynika, że nie jest możliwe uniknięcie przesłuchów między pomieszczeniami przy otwartych oknach, jeżeli nie zostaną zastosowane odpowiednie przepony (poziome i pionowe) w przestrzeni między ścianami składowymi.

doc. dr inż. Olgierd Korycki (kierownik zespołu),
mgr inż. Krzysztof Mateja,
prof. dr hab. inż. Barbara Szudrowicz,
mgr inż. Michał Wójtowicz,
prof. dr hab. inż. Mirosław Kosiorek,
prof. dr hab. inż. Jerzy A. Pogorzelski

Piśmiennictwo

1. Instrukcja ITB Nr 224/79 Wymagania techniczno-użytkowe dla lekkich ścian osłonowych w budownictwie ogólnym
2. Instrukcja ITB Nr 336/95 Wymagania odporności na uderzenia lekkich, nieprzezroczystych przegród pionowych
3. ZUAT-15/II.05 Systemy lekkich ścian osłonowych o konstrukcji szkieletowej z profili aluminiowych
4. Ustawa z dnia 07.07/1994 r. - Prawo budowlane, wraz ze zmianami z dnia 22.08.1997 r. (Dz.U. Nr 111, poz. 726)
5. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 22.04.1998 r. w sprawie wyrobów służących do ochrony przeciwpożarowej, które mogą być wprowadzane do obrotu i stosowania wyłącznie na podstawie certyfikatu zgodności (Dz.U. Nr 55, poz. 362)
6. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 31.07.1998 r. w sprawie systemów oceny zgodności, wzoru deklaracji zgodności oraz sposobu znakowania wyrobów budowlanych dopuszczonych do obrotu i powszechnego stosowania w budownictwie (Dz.U. Nr 113, poz. 728)
7. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 05.08.1998 r. w sprawie aprobat i kryteriów technicznych oraz jednostkowego stosowania wyrobów budowlanych (Dz.U. Nr 107, poz. 679)
8. Praca naukowo-badawcza ITB (nie publikowana)
9. Wytyczne techniczne UEAtc w sprawie aprobat dla lekkich fasad
10. Wytyczne techniczne UEAtc w sprawie aprobat dotyczące wytrzymałości na uderzenie
11. Raport techniczny UEAtc w sprawie aprobat ścian z mocowanymi oszkleniami zewnętrznymi. CSTB, Paryż 1998 r.
12. Guideline for European Technical Approval for Structural Sealant Glazing Systems (SSGS). Part 1 Supported and Unsupported Systems Draft ETAG nr 00X. EOTA. March, 1998
13. Guideline for European Technical Approval for Structural Sealant Glazing Systems (SSGS). Part 2 Coated Aluminium Systems - Final Draft. EOTA. 22.04.1999
14. Obwieszczenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 4 lutego 1999 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 15, poz. 140)
15. PN-91/B-02020 Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia
16. EN-ISO 6946:1996 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania
17. PN-87/B-02151/03 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń
18. PN-B-021551-03:1999 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach i izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania
19. PN-EN ISO 717:1999 Akustyka. Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Izolacyjność od dźwięków powietrznych
20. PN-82/B-02001 Obciążenia budowli. Obciążenie stałe
21. PN-77/B-02011 Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem
22. PN-84/B-03230 Lekkie ściany osłonowe i przekrycia dachowe z płyt warstwowych i żebrowych. Obliczenia statyczne i projektowanie

strona: 1 | 2 | 3 | 4 | 5