Стеклянные двойные фасады
Марианна Бродач, Николай ШилкинЗдания с большим процентом остекления зачастую имеют повышенные нагрузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Стеклянный двойной фасад является интересным решением оболочки здания, приспосабливающейся к изменениям наружного климата.
Стремление максимального использования в строительных конструкциях светопрозрачных конструкций, начавшееся в Европе и США ещё в прошлом столетии, повысило интерес к технологии стеклянных двойных фасадов. Повсеместное применение двойных фасадов началось в 1990-х годах и продолжается до сих пор. Особенно часто такие конструкции можно увидеть в высотном строительстве.
Широкую известность получили такие здания, как Commerzbank во Франкфурте-на-Майне (Германия, 1997), City Hall в Лондоне (Великобритания, 2002), а также Manitoba Hydro Place в Виннипеге (Канада, 2009). Здание One Angel Square, построенное в 2013 году, высотой в 14 этажей располагается в Манчестере (Великобритания) и отличается своеобразной трёхгранной конфигурацией со стеклянным двойным фасадом.
Небывалый размах строительства наблюдается в Китае, где активно возводят высотные здания, в том числе и с применением двойных стеклянных фасадов, например две башни Международного финансового центра (Гонконг, 1999 и 2003), Pearl River Tower (Гуанчжоу, 2011), Шанхайский всемирный финансовый центр (2008).
В России пока мало примеров использования данной технологии. Это решение встречается в основном в зданиях премиального класса, что объясняется, как правило, высокими инвестиционными затратами и сложностью реализации подобных проектов. Например, стеклянные двойные фасады установлены в штаб-квартире компании «Новатэк» (Москва, 2011). Здание оборудовано высокотехнологичными интеллектуальными системами, позволяющими обходиться без механической вентиляции и охлаждения.
Конструктивные особенности
Конструкция фасада основана на принципе многослойности - создания нескольких оболочек и использования определённых физических и эстетических свойств отдельных его слоёв. Основным материалом здесь служит стекло, которое благодаря своим эстетическим и физическим характеристикам обеспечивает нужное оформление здания и выполнение необходимых функций ограждающей конструкции.
Существует много различных конструкций стеклянных двойных фасадов. Общую классификацию приводит директор Института строительной физики им. Фраунгофера (Германия) Карл Гертис, опираясь на работу Вернера Ланга:
. по размещению поверхностей двойного фасада: установленные внутри конструкции внешней стены, частично выдвинутые вперёд или полностью выступающие за внешнюю стену;
. по наличию и размещению вентиляционных отверстий: без вентиляционных отверстий, с отверстиями только на внутренней поверхности или на обеих поверхностях двойного фасада. Кроме этого, система вентиляции может временно подавать воздух в обход двойного фасада;
. по сегментированию поверхностей: промежуток между поверхностями фасада сегментируется или выполняется в виде ширмы. Последний вариант имеет большое значение для переноса воздуха в промежутке между поверхностями.
Схематичные вертикальные разрезы в фасадах, характеризующие виды разработки и размещение конструкции стеклянных двойных фасадов, представлены на рис. 1 и 2.
В зависимости от расстояния, на которое выдвигается наружная стеклянная поверхность, воздушный зазор между поверхностями фасада может иметь следующие характеристики:
. в него нельзя попасть; зазор служит только для размещения между поверхностями приспособлений для защиты от солнца;
. в нём можно разместиться при мытье стёкол;
. он может использоваться наподобие зимнего сада как общий зал или в качестве помещения для переговоров.
Вентиляция
В зданиях со стеклянными двойными фасадами может предусматриваться как система механической, так и естественной вентиляции через соответствующие отверстия. Опыт показывает, что использование и того и другого видов вентиляции позволяет добиться наилучших параметров микроклимата и высокого уровня энергоэффективности.
Варианты фасадов разнообразны - от стеклянного изолирующего фасада до конструкции с регулируемым открытием внешней и внутренней поверхностей (рис. 3). Может быть также реализован обход стеклянного двойного фасада, при котором приточный или удаляемый воздух направляется напрямую (в этом случае двойной фасад не будет выполнять своей прямой функции).
Преимущества и недостатки технологии
До сих пор ведётся широкая дискуссия о том, насколько целесообразно применение стеклянных двойных фасадов вместо традиционных фасадов, имеющих современную теплоизоляционную систему. Считается, что стеклянные двойные фасады имеют несколько лучшие показатели звукозащиты, чем традиционные фасады. Благодаря естественной вентиляции стеклянные двойные фасады улучшают внутренний климат. В воздушном зазоре между поверхностями фасада может наноситься прочное покрытие для защиты от солнца, а также устанавливаться элементы, отклоняющие свет. В многоэтажных зданиях при сильном ветре стеклянные двойные фасады уменьшают динамический напор, вызывающий повышенное давление прижима внутренних дверей. Конструкция фасада позволяет открывать окна на желаемую ширину даже при большой высотности здания.
Среди минусов отмечаются высокие капитальные и эксплуатационные затраты, связанные, например, с трудностью и частотой очистки внутренних поверхностей. Нет единого мнения среди специалистов о влиянии двойных фасадов на теплопотери зданий. Если речь идёт о высотных зданиях с большой внутренней тепловой нагрузкой, оба вида фасадов в зимнее время имеют приблизительно одинаковые показатели. Что же касается летней теплозащиты и затрат энергии на охлаждение, в зданиях со стеклянными двойными фасадами без систем кондиционирования воздуха очень сложно обеспечить приемлемые внутренние климатические параметры. Кроме этого, без применения дополнительных защитных мер (установка горизонтальных и вертикальных переборок) зазор между поверхностями стеклянных двойных фасадов повышает пожароопасность.
Несмотря на недостатки, это решение открывает большие возможности для строительства зданий высоких технологий. Многочисленные примеры сложнейших объектов (в том числе здание «Городские ворота Дюссельдорфа»), проекты которых предусматривают естественное освещение, пассивное использование энергии и др., демонстрируют, что стеклянные двойные фасады могут эффективно решать проблемы с перегревом помещений и повышенными нагрузками на систему охлаждения. Проекты подобного рода объединяет то, что в процессе их создания выполняется большой комплекс предпроектных исследований, в том числе создание аэродинамических стендов и проведение математического компьютерного моделирования. Немаловажны и высока заинтересованность, а также требовательность застройщиков.
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ ЗДАНИЯ «ГОРОДСКИЕ ВОРОТА ДЮССЕЛЬДОРФА»
Двойной вентилируемый проходной фасад с регулируемыми наружными ограждениями.
Повышенная тепло- и солнцезащита наружных ограждений за счёт отличных теплофизических характеристик применяемых материалов и конструкций.
Естественная вентиляция помещений на протяжении продолжительного периода.
Использование панелей, размещённых на потолке, для отопления и охлаждения помещений, отказ от отопительных приборов, размещаемых под окнами из-за снижения потерь теплоты в холодное время года - расчётный расход теплоты на отопление составляет всего 2,87 МВт.
Пониженная до минимально необходимого уровня производительность системы кондиционирования воздуха за счёт снижения теплопоступлений в помещения в тёплое время года и использования естественной вентиляции.
Максимальное использование источников возобновляемой энергии: холода грунтовых вод, теплоты удаляемого воздуха.
Городские ворота Дюссельдорфа
В здании «Городские ворота Дюссельдорфа» (архитектор Overdiek Petzinka & Partner, Германия, 1997) применён вентилируемый стеклянный двойной фасад. Его особенностью является наличие горизонтальных поэтажных открытых проходов по периметру здания и атриуму.
Фасад этого здания может быть охарактеризован как рациональное и экономичное техническое решение, которое при значительной внешней шумовой и ветровой нагрузке позволяет на протяжении длительного периода в течение года осуществлять естественную вентиляцию офисных помещений. Кроме того, такой фасад является важным связующим элементом рабочих помещений и окружающей среды.
Конструкция двойного фасада
Фасад в районе атриума представляет собой обычную застеклённую конструкцию с открывающимися фрамугами, а вся остальная часть здания имеет двойной фасад, разделённый по вертикали поэтажными перекрытиями. Принципиальная конструкция стеклянного двойного фасада приведена на рис. 4. Внешняя часть фасада прежде всего служит для защиты от наружных климатических воздействий в виде дождя и снега.
Помимо этого, в ней расположены отверстия для притока наружного воздуха в вентиляционные короба и удаления отработанного воздуха из них, а также для проветривания промежуточного пространства и естественной вентиляции помещений. Одинарное остекление внешней части фасада создают отражающие стеклянные модули размером 3 × 1,5 м.
Секции внутренней части фасада имеют рамную конструкцию, как правило, с двойным остеклением, что обеспечивает снижение теплопотерь в зимнее время. При помощи поворотных створок рамы могут отклоняться в сторону офисных помещений (открывается каждый второй элемент на оси) с целью естественной вентиляции офисных помещений.
 |
| Шанхайский всемирный финансовый центр (Шанхай, Китай) |
В промежуточном пространстве фасада размером 1,4 или 0,9 м размещаются вентиляционные короба, которые являются конструктивным элементом перекрытия двойного фасада и выполняют также функцию защиты от воздействия наружного климата. Короба для приточного и удаляемого воздуха монтируются вместе с основными конструкциями фасада на одном поясе с чередованием направления воздушного потока. Отверстия приточного и удаляемого воздуха на фасаде можно видеть как пояса, идущие вдоль здания, на соседних этажах они находятся напротив друг друга. Короба для приточного и удаляемого воздуха монтируются с чередованием направления воздушного потока для предотвращения «коротких замыканий» потоков воздуха (поступления отработанного воздуха в приточное отверстие вышележащего этажа). Внутри каждого вентиляционного короба находится клапан с поворотными створками, предназначенный для регулирования расхода воздуха и при необходимости полного перекрытия прохода воздуха. Отверстия для забора и удаления воздуха закрыты вентиляционными решётками для защиты от атмосферных осадков. Аэродинамическая оптимизация коробов была выполнена на основе моделирования методами вычислительной гидродинамики. При этом преследовалась цель создания равномерного потока воздуха и обеспечения низкого уровня шума.
Внутри двойного фасада располагаются также регулируемые устройства солнцезащиты, которые способствуют сокращению теплопоступлений от солнечной радиации в помещения и, как следствие, снижению расхода холода в системе кондиционирования воздуха в тёплое время года. В холодное время они играют роль экрана, уменьшающего поток теплового излучения в ночные часы из помещений наружу, что уменьшает энергопотребление.
Защита от шума
Частой причиной использования установок кондиционирования воздуха в здании, размещённом в городе, является повышенный уровень внешнего шума при открытых окнах. Уровень звукового давления в районе размещения «Городских ворот Дюссельдорфа» составляет приблизительно 70-75 дБ(А) и вызывается в первую очередь транспортом. Для обеспечения приемлемой защиты от внешнего шума при открытых оконных створках во внутренней части фасада шумоизоляция должна обеспечить снижение уровня звуковой мощности ориентировочно на 15-20 дБ.
Если принять, что внутренняя часть фасада обеспечивает снижение уровня шума на 5-10 дБ в зависимости от величины открытия створок, то на внешней стороне фасада и во внутреннем пространстве уровень шума должен снижаться на 10 дБ. При этом следует учитывать, что снижение уровня шума во внешней части фасада зависит от степени открытия отверстий для прохода приточного и удаляемого воздуха. Фактически снижение шума во внешней части фасада при открытом воздушном клапане эквивалентно почти 10 дБ(А), а при клапане, открытом на 10 %, - 20 дБ(А). Требования по снижению шума во внутренней части фасада могут быть достигнуты за счёт увеличения звукоизоляции на внешней стороне фасада.
Температурный комфорт
Приведённый коэффициент теплопередачи двойного фасада имеет достаточно низкое значение, равное 1,1 Вт/(м 2 .°C). Кроме того, использование «тепличного» эффекта днём и снижение теплового излучения от наружной поверхности внутреннего остекления двойного фасада в ночное время обеспечивают дополнительную экономию теплоты. Даже в ранние утренние часы при температуре наружного воздуха -10 °C и температуре внутреннего воздуха 21 °C средняя температура внутренней поверхности двойного остекления составляет около 16,5 °C. При тех же температурных условиях в обычных фасадах с окнами, имеющими значение приведённого коэффициента теплопередачи 1,6 Вт/ (м 2 .°C), температура внутренней поверхности остекления составляет 14,5 °C.
Для снижения теплопоступлений в летнее время при использовании двойных фасадов важен не только правильный выбор материалов и конструкции устройств солнцезащиты, но и их расположение во внутреннем пространстве двойного фасада. Регулируемое устройство солнцезащиты должно обдуваться потоком воздуха с боков и снизу, чтобы отводимая избыточная теплота под действием восходящих конвективных потоков «выводилась» вверх, а не проникала во внутренние помещения. Общий коэффициент проникания потока солнечной радиации через конструкцию двойного фасада составил не более 0,1, что подтвердили натурные измерения. Такое значение показателя для фасада с одинарной оболочкой может быть достигнуто только при использовании наружных пластинчатых отражателей.
 |
| Manitoba Hydro Place (Виннипег, Канада) |
При воздействии на фасад в летнее время прямых солнечных лучей во внутреннем пространстве фасада будет наблюдаться повышение температуры воздуха. Как показывает практика, при неверно выбранных конструктивных параметрах фасада температура воздуха внутреннего пространства может повышаться на 10 °C. Естественная вентиляция помещений здания в таких условиях должна быть значительно ограничена. Снизить температуру воздуха во внутреннем пространстве фасада возможно путём его вентилирования наружным воздухом. При этом должен быть обеспечен расход воздуха, необходимый для снятия перегрева, так что отверстия для притока и удаления воздуха на внешней части фасада должны иметь достаточные размеры для пропускания этого количества воздуха. В проекте «Городские ворота Дюссельдорфа» определено расчётом, что площадь сечения отверстий для прохода приточного и удаляемого воздуха должна составлять 0,15 м 2 на каждый метр периметра фасада.
Было рассчитано, что температура воздуха во внутреннем пространстве фасада на среднем по высоте уровне не должна повышаться более чем на 4-6 °C при максимальном потоке солнечного излучения. Результаты расчётов были подтверждены натурными измерениями в летние месяцы, при этом повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве зафиксировано ближе к нижней, чем к верхней границе указанного диапазона.
 |
| Две башни Международного финансового центра (Гонконг, Китай) |
Оптимизация движения воздушных потоков в двойном фасаде
Повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве фасада зависит от расхода воздуха, а он в свою очередь - не только от площади отверстий, но и от аэродинамического сопротивления по пути движения воздушных потоков. При этом наибольшее значение имеет гидравлическое сопротивление, определяемое внутренней геометрией вентиляционных коробов. Поэтому прежде всего необходимо стремиться к уменьшению именно этого сопротивления.
Для этого в ходе разработки проекта были проведены многочисленные компьютерные расчёты, целью которых было достижение равномерного потока воздуха в вентиляционных коробах, т. к. даже небольшие углы и кромки могут вызывать завихрения воздушного потока, в значительной степени снижающие расход воздуха. При неблагоприятных условиях это может вызывать шум. Исследования по оптимизации конструкции вентиляционных коробов потребовали значительных затрат времени.
Как и предполагалось, в неоптимизированных в аэродинамическом отношении вентиляционных коробах при моделировании движения воздуха возникали обширные застойные и турбулентные зоны, повышающие аэродинамическое сопротивление и в условиях действия естественных сил уменьшающие расход воздуха.
Для предотвращения таких явлений были сконструированы направляющие пластины, обеспечивающие наилучшие характеристики воздушного потока. Для жалюзи наружных решёток, защищающих от дождя, были выбраны хорошо обтекаемые потоком воздуха узкие профили, создающие незначительное сопротивление в условиях небольшого располагаемого естественного циркуляционного давления. Аэродинамическое сопротивление вентиляционных коробов удалось значительно снизить по сравнению с начальным значением. Оптимизация конструктивных параметров вентиляционных коробов также оказала положительное влияние на повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве.
 |
| Pearl River Tower (Гуанчжоу, Китай) |
Конденсат
На внутренней поверхности внешней части фасада при определённых условиях может образовываться конденсат. Это явление возникает в холодное время года, когда влажный и тёплый воздух из помещений попадает во внутреннее пространство двойного фасада, а температура на внутренней поверхности внешней части фасада становится ниже температуры точки росы. Однако при достаточно интенсивном вентилировании внутреннего пространства фасада наружным воздухом этот конденсат быстро исчезает.
Давление на поверхности двойного фасада
При испытаниях модели здания в аэродинамической трубе определялись давление в атриуме и аэродинамические коэффициенты на поверхности фасадов и крыше. При этом выявилось, что распределение давления на поверхности фасада по горизонтали везде отличается большой неравномерностью, в то время как изменение давления по высоте здания остаётся сравнительно постоянным. Более заметные изменения отмечаются только на верхних этажах (в аттиковом пролёте), для которых из-за их протяжённости по длине и без того необходимо независимое управление воздушными клапанами на фасаде.
Поэтому на фасадах офисных помещений нет необходимости зонирования регулируемых воздушных клапанов по высоте. Угловые зоны прохода внутреннего пространства двойного фасада из-за значительного изменения давления в этих зонах отделены от основного пространства по горизонтали стеклянными перегородками. В середине внутреннего пространства фасада имеется отдельный участок с противопожарной лестничной клеткой, разделяющей проход.
Тем самым становится излишним дополнительное разделение в горизонтальном направлении. Для контроля условий комфорта в офисных помещениях при повышенном давлении ветра на каждой башне проводятся измерения общего перепада давления между внешним фасадом и атриумом. Для этого достаточно четырёх мест измерения в каждой офисной башне.
Вентиляция двойного фасада
В здании «Городские ворота Дюссельдорфа» отдельные элементы двойного фасада установлены по горизонтали в чередующемся порядке - как вентиляционные короба, так и отверстия для приточного или удаляемого воздуха.
Это означает, что в каждом втором модуле производится либо забор, либо удаление воздуха из пространства двойного фасада. Забор наружного воздуха в двойной фасад осуществляется через регулируемые воздушные клапаны, которые устанавливаются системой прямого цифрового управления зданием в соответствии с текущими наружными условиями в одно из трёх положений: «закрыто», «открыто», «защита от дождя».
Если температура наружного воздуха и интенсивность солнечного излучения уменьшаются ниже определённого уровня, воздушные клапаны на внешнем фасаде закрываются.
Оставляют открытыми только небольшие щели для предотвращения выпадения конденсата на поверхности остекления во внутреннем пространстве фасада.
При усилении ветра для обеспечения комфорта воздушные клапаны внешнего фасада вначале устанавливаются в промежуточное положение, а затем полностью закрываются. В случае если ветер достигает интенсивности урагана, воздушные клапаны вновь открываются для снятия статической нагрузки. Наряду с этим пользователь всегда имеет возможность открыть оконные створки внутренней части фасада и проветрить свой офис путём естественной вентиляции. При этом может осуществляться ночное охлаждение отдельных офисов.
Таким образом, реализуется регулирование, предусматривающее простое автоматическое открытие или закрытие воздушных клапанов во внешней части фасада или оконных створок во внутренней части фасада самим пользователем.
Результаты
Были проведены натурные измерения параметров микроклимата. Наряду с температурой и скоростью воздуха измерялись также локальная асимметрия результирующей температуры и распределение температуры воздуха по высоте помещения. Если соответствующие значения параметров превышают допустимые пределы, люди в помещениях чувствуют сильный дискомфорт. Но, как и ожидалось, таких критических условий в здании «Городские ворота Дюссельдорфа» не отмечалось. Все измеренные значения параметров воздуха находились в допустимых пределах, и было показано, что установившие в действительности значения контролируемых параметров являются для людей ещё более благоприятными, чем предсказываемые по результатам моделирования и лабораторных испытаний, проводившихся при менее жёстких предельных значениях. Например, при температуре наружного воздуха меньше 0 °C разность температуры внутреннего воздуха и температуры на внутренней поверхности остекления в помещении составила 1-2 °C. При том что, согласно данным предварительных испытаний и расчётов, эта разность температур должна была составить 3-4 °C. Такие хорошие результаты можно объяснить достаточно низким значением общего приведённого коэффициента теплопередачи (порядка 1 Вт/ (м 2 .°C)) двойного фасада. Это совпадает с оценкой людей, работающих в помещениях здания, которые единодушно заявляют об очень хорошем качестве микроклимата даже в холодные зимние дни.
В проекте «Городские ворота Дюссельдорфа» устройство двойного фасада доказало свою экономическую эффективность. Предполагая, что двойной фасад используется в течение 30 лет и ставка дисконтирования составляет 8 %, получена ежегодная сумма приведённых капитальных затрат и амортизационных отчислений от 53 до 160 евро на 1 м 2 фасада. Кроме того, были учтены дополнительные затраты на поддержание конструкций фасада в исправном состоянии и на очистку, которые составили соответственно от 3 до 8 евро на 1 м 2 в год и 8 евро на 1 м 2 в год при очистке поверхностей фасада, выходящих во внутреннее пространство, два раза в год. Общие годовые затраты составили от 64 до 176 евро на м 2 поверхности фасада.
Затраты на сооружение стеклянного двойного фасада не превысили стоимость высококачественного фасада с одинарной оболочкой, обладающего аналогичными теплофизическими характеристиками. Это обусловлено, с одной стороны, простотой принятых решений и большим объёмом проведённых предварительных работ по оптимизации конструктивных параметров, а с другой, хорошими ценами за работу, которые предложил подрядчик.
Литература
1. Здание биоклиматической архитектуры - «Городские ворота Дюссельдорфа» // АВОК. 2006. № 2, 3.
2. Инженерное оборудование высотных зданий / под ред. М. М. Бродач. 2-е изд., испр. и доп. М.: АВОК-ПРЕСС, 2011.
3. Покорение климата / Б. Кувабара и др. // Здания высоких технологий. 2012. Осень.
4. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003.
5. Шилкин Н. В. Возможность естественной вентиляции для высотных зданий // АВОК. 2005. № 1.
6. Шилкин Н. В. Здание высоких технологий // АВОК. 2003. № 7.
7. Gertis K. Стеклянные двойные фасады. Имеют ли смысл, с точки зрения строительной физики, новые разработки фасадов? // АВОК. 2003. № 7, 8; 2004. № 1.
8. Poirazis H. Double Skin Façades for Office Buildings. Lund University, 2004. ●
Марианна Бродач - вице-президент НП «АВОК», профессор МАрхИ, главный редактор журнала «Здания высоких технологий».
Николай Шилкин - канд. техн. наук, профессор МАрхИ.
СТАТЬИ
– приличная статья расходов управляющих компаний. Поэтому мировые ученые и инженеры ведут непрерывный поиск свежих решений в технике, благодаря которым очистку можно было бы удешевить, укоротить время выполнения и повысить качество и безопасность.
Знаковым с точки зрения архитектуры в России стало высотное здание знаменитого “Лахта-центра”. Оно строится с учетом передовых технологий и тенденций в сфере строительства и в вопросах мойки и очистки фасадов этого колоссального по меркам страны сооружения.
Разработки в сфере мойки окон и фасадов многоэтажных сооружений
Проектировщики “Лахта-центра” серьезно подошли к изучению опыта работы зарубежных коллег и разработали современную схему мойки и очистки стеклянных участков будущего здания. Вопрос серьезный, поскольку таких высоких небоскребов на территории страны еще не возводилось.
В планах монтаж системы постоянного доступа или стационарной установки для обслуживания фасада (СОФ или BMU). Благодаря ей появляется возможность для проведения ремонтных работ, смены участков остекления здания, работ, связанных с высотной мойкой окон и фасада.
Из-за того что небоскреб получит нестандартную форму фасада (многочисленные выпуклости и закручивание вверх), будут установлены сразу несколько систем. Они состоят из специальных спуско-подъемных кареток, подвесных платформ для работы и рельс, которые выполняют роли направляющих для передвижения по ним платформ. В итоге сотрудники управляющей компании смогут заниматься мойкой окон на высоте до 370 метров.
Что касается безопасности очистки, за ее надежность отвечает 3-ступенчатая система контроля передвижения подвесной платформы.
Верхнюю часть высотки и шпиль из-за труднодоступности будут мыть промышленные альпинисты. Доставлять их сюда будут электрические подъемники.
С южной и северной стороны небоскреба фасады расположены с уклоном. Их обслуживание будет проводиться при помощи мобильных установок с кранами.
Краны планируется использовать и для работ с застекленным атриумом во внутренней части высотки.
Фасад арки обслужит самоходный коленчатый подъемник.
Самые труднодоступные части фасада сооружения – участки, имеющие отрицательный уклон. Из-за сложности и опасности обслуживания, проектировщики предусмотрели установку здесь специальных модулей. Их задача в надежной фиксации положения подвесной люльки при сближении со стенами здания.
Применение робототехники
Помимо вышеперечисленных техник и технологий мойки “Лахта-центра”, дополнительно предусмотрена эксплуатация роботов. Это связано с вопросами безопасности проводимых работ. Ведь в отличие от , мытье фасадов зданий происходит на колоссальной высоте.
Это не первый случай применения подобных технологий в мире. Роботизированная техника показала себя с лучшей стороны при выполнении подобных задач.
Внешне роботы представляют собой маленькие машины, размером с напольные весы. Корпус изделия разделен на две части. Одна расположена снаружи здания, вторая – с внутренней стороны. Мощный магнит фиксирует их друг с другом таким образом, что между ними находится стекло. Такой робот скользит по стеклянной поверхности на любой высоте, выполняя работы на самых труднодоступных и опасных участках.
Развитие отрасли ведет к возрастающему внедрению роботизированной техники в отрасль мойки остекленных фасадов зданий. Хотя спрос на промышленных альпинистов, несмотря на опасность этой работы, остается еще по-прежнему высоким.
В отличие от объектов жилищного строительства, которые имеют высотность, как правило, не более 16–20 этажей, ограждающие конструкции для высотных зданий общественного назначения выполняются преимущественно с применением изолирующего остекления.
Легкие навесные стекляннометаллические фасады появились в 1950х годах в Америке. Решающей предпосылкой для их возникновения были прежде всего экономические факторы. В то время рабочая сила в США стоила очень дорого, и тенденции в строительстве были направлены в сторону рационализации и предварительной сборки. Большинство навесных фасадов выполнялись в виде привычных стоечноригельных конструкций (с невысокой степенью заводской сборки). Но только с появлением высококачественных синтетических профильных уплотнителей из каучука и неопрена, которые раньше использовались только в авиа и автомобилестроении, стало возможным изготовление элементов (панелей) с полной предварительной заводской сборкой.
В Европу эра “элементного строительства” высотных сооружений пришла в начале 1960х годов. В то же время здесь были освоены две новые технологии применения стекол большой площади: однокамерный стеклопакет с вклеенными между стеклами металлическими рамками и массовое производство флоатстекла. С этих пор производители могли предложить инвесторам изолирующее остекление больших размеров, более высокого качества и по более выгодным ценам.
Преимущества фасадов элементной сборки
Сегодня, по экономическим соображениям, подавляющее большинство высотных объектов остекляется элементами высотой в этаж, т.е. 3000–4500 мм и шириной 1000–1800 мм. Габариты элементов определяются архитектурнопланировочными решениями и удобством их изготовления, транспортировки и монтажа. Они изготавливаются и остекляются в цеху, упаковываются, грузятся в металлические контейнеры открытого типа и доставляются на объект. Монтаж ведется квалифицированной бригадой из 6–8 человек с помощью подъемника или крана. Наружные леса и подмости не используются – при установке и закреплении модулей 3–4 монтажника находятся с внутренней стороны здания.
Элементное строительство не имеет альтернативы с точки зрения скорости и качества возведения фасадной оболочки. В большинстве случаев такой метод безоговорочно принимается инвесторами, архитекторами и конструкторами. Вот его преимущества:
стандартизация элементов на этапе проектирования, высокое качество сборки, четкий контроль в процессе изготовления, выходной контроль качества;
монтаж на стройке с меньшим количеством рабочих операций, что значительно снижает “влияние человеческого фактора” (появление брака);
сроки строительства практически не зависят от погодных условий, так как конструкции изготавливаются в производственном цеху;
используется поэтажный способ монтажа, следовательно, при “закрытом контуре” возможно проведение отделочных работ на более ранней стадии;
более ранняя готовность к заселению и началу эксплуатации, быстрый возврат инвестированных средств.
Необходимо сказать и о преимуществах, которые получает предприятиеизготовитель фасадов элементного типа:
проще калькулировать затраты, поскольку заводскую сборку можно лучше спланировать и проконтролировать, чем монтаж на стройплощадке;
требуются минимальные площади для приобъектного складирования;
снижаются затраты благодаря укороченным срокам монтажа, отсутствуют расходы на установку лесов и подмостей;
благодаря контейнерному способу транспортировки и поэлементному монтажу снижается риск боя стекла;
более быстрая сдача выполненных работ, предоставление отчетности заказчику и получение оборотных средств.
Процесс изготовления фасадов для остекления высотных объектов существенно отличается от производства традиционных стоечноригельных фасадов, окон и дверей. Производитель несет более высокие затраты по обеспечению бесперебойного снабжения объекта, производственной и транспортной логистики, поскольку элементы должны изготавливаться и поставляться на стройплощадку в заданной последовательности и точно в срок. Ему потребуется покупка оборудования значительно более высокой производительности, цех большей площади для сборки и хранения стекла, готовых элементов, но главное - высококлассные специалисты. Следует понимать, что это не только инвестиции в основные средства и персонал предприятия, это единственно возможный способ обеспечить поставку необходимого количества элементов (качественных!) на объект. Слаженная бригада монтажников способна монтировать от 40 до 60 элементов фасада (250–400 м2) в день, следовательно, такое же количество должен ежедневно отгружать цех.
Компоновка и основные характеристики элементных фасадов
Несмотря на то что архитекторы каждый раз стараются придать облику своего объекта неповторимый внешний вид, существует классическая компоновка элементов по высоте. Их можно разделить на четыре условные зоны:
верхняя зона (прозрачная) служит для естественного освещения помещения, иногда имеет заполнение жалюзийного типа, отклоняющее свет;
средняя зона используется для визуальной связи с окружающей средой, естественного освещения и проветривания. В этой области обычно крепятся солнцезащитные затеняющие устройства;
остекленная область парапета также служит для обзора. Однако в некоторых случаях у пользователей возникает ощущение дискомфорта или боязнь высоты, поэтому зона парапета может быть полностью или частично непрозрачной. Для заполнения этой области модулей используются стекло с трафаретной печатью, растровые ограждения перед стеклопакетом или между нитями остекления, жалюзи из тканого материала, фотогальванические элементы или термоколлекторы. Также в области парапета могут располагаться створки (клапаны) для естественной вентиляции;
область по высоте межэтажных перекрытий предотвращает распространение шума, дыма и огня между соседними этажами, обеспечивает стыковку элементов. Как правило, она непрозрачна и заполняется стеклопанелью с наружным эмалированным стеклом или термопанелью с наружной отделкой из металла, полимера или камня.
С целью обеспечения планируемых показателей по теплоизоляции элементные ограждающие конструкции должны обладать максимально высоким, но экономически целесообразным сопротивлением теплопередаче. Исключается образование росы на внутренних поверхностях профилей и остеклении, для чего проводится термографическое моделирование сечений исходя из региональных климатических условий и планируемых температуры и влажности внутреннего воздуха.
Например, серийный элементный фасад Schьco SkyLine S65 может быть заполнен стеклопакетами толщиной до 52 мм, обеспечивающий R до 0,80ё0,85 м2·оС/Вт, и непрозрачными термопанелями с R =2,00–3,80 м2·оС/Вт, профили которого с термомостом глубиной 32–42 мм имеют термоизоляцию до 0,57 м2·оС/Вт.
Если после проведения расчетов проектной организацией потребуется повышение теплоизолирующих свойств профильной группы, например до 0,65ё0,70 м2·°С/Вт, имеется возможность адаптации типового решения к новым условиям, т. е. разработать так называемое объектное решение.
Кстати, индивидуально разрабатываемые объектные решения (учитывающие всю специфику региональных строительных норм и пожелания инвестора) часто оказываются дешевле серийных систем “из каталога”.
Герметизация стыка между элементами является одним из важнейших условий, обеспечивающих пригодность ограждающих конструкций данного типа для строительства высотных зданий. В элементном фасаде Schьco SkyLine S65 используется многопроходной принцип уплотнения. Горизонтально устанавливаются четыре контура уплотнения, два из которых раскатываются по всей длине смонтированного нижнего этажа и являются непрерывными. В вертикальный стык также уложены четыре уплотнительных контура: два наружных и два соединительных. Таким образом, создается трехкамерная система, обеспечивающая необходимую термическую изоляцию, водонепроницаемость при ливневой нагрузке до 900 Па и сопротивление ветровой нагрузке с допуском до 1320 Па (с увеличением до 1980 Па). В сочетании со звукоизолирующим остеклением система обеспечивает повышенную шумоизоляцию (например, до 41 Дб со стеклопакетом 6–12–9 VSG SF). Серийная система рассчитана для строительства зданий высотой до 100 м с соблюдением всех указанных изолирующих характеристик. Для применения фасадов элементного типа в зданиях с повышенной ветровой нагрузкой или выше 100 м инженеры Schьco могут провести доработку системы для достижения соответствия требуемым нормам и подтвердить пригодность испытаниями в аккредитованном DAP технологическом центре Schьco в Билефельде (Германия).
Опоры для навески фасадов такого типа на диски перекрытий крепятся в цеху к вертикальным профилям элемента посредством болтовых соединений. Вертикальные выступающие части опор имеют отверстия для зацепления при подъеме и одновременно служат для стыковки верхнего элемента с элементом нижнего ряда. Опора элемента навешивается на монтажную пластину, закрепленную монтажным болтом к закладной детали плиты перекрытия, сквозным или распорным анкером. Тип опоры выбирается в зависимости от веса элемента и способа его установки по диаграммам, приведенным в каталоге разработчика системы.
Выполнение противопожарных разрывов высотой не менее 1200 мм, нормируемых МЧС Беларуси и России, потребовало от конструкторов Schьco дополнительных доработок элементов системы SkyLine S65. Благодаря внутреннему армированию алюминиевых профилей, применению непрозрачной панели заполнения с огнестойкостью 90 мин и расширяющихся противопожарных лент был получен разрыв с тем же пределом огнестойкости, что подтверждено соответствующими протоколами испытаний. В данном конструктивном решении опоры также защищены от воздействия огня.
При проектировании фасадов высотных зданий в большинстве случаев используются моторные приводы для открывания окон и вентиляционных фрамуг. Последние, как правило, открываются наружу – открывание вовнутрь считается небезопасным для человека. Например, чтобы закрыть окно площадью 2 м2 во время сильного ветра, пользователю придется бороться с ветровой нагрузкой в 300 кг (150 кг/м2 х 2 м2).
В однониточных фасадах высотных зданий для обеспечения надежной эксплуатации фрамуги изготавливают верхнеподвесными или параллельноотставными с минимально необходимым для комфортного проветривания вентиляционным зазором. Открывание обеспечивается цепным моторным приводом, который скрыто устанавливается в профиле. Управление окнами – индивидуальное или группами, однако всегда предусматривается возможность централизованного управления с пульта инженерной службы здания.
Применение в системах автоматизации высотных зданий датчиков температуры, дождя и силы ветра, качества внутреннего воздуха и задымления (противопожарной сигнализации), объединенных посредством интерфейса с управлением оконными блоками, считается стандартом. Для удобства объединения описанных устройств в единую цепь в Schьco SkyLine S65, например, предусмотрена система econnect, обеспечивающая устройство скрытой проводки кабелей внутри профилей и их штекерные соединения с внутренними электроприборами.
Несмотря на необходимость автоматизации фасадов зданий для обеспечения комфортного воздухообмена и управления солнцезащитными устройствами, при проектировании всегда используется принцип: “так много техники, насколько это необходимо, но так мало техники, насколько это возможно!”
Элементные двойные фасады
Повышенное внимание при проектировании высотных зданий с большими площадями остекления уделяют обеспечению теплового и температурного комфорта, поскольку даже в регионах с умеренным климатом в летние месяцы наблюдаются случаи перегрева помещений.
Если на ранней стадии проектирования упустить важность данного вопроса или допустить ошибку в расчетах, через несколько лет тысячи квадратных метров могут оказаться невостребованными. Так, до конца 1980х годов многоэтажные здания часто выполнялись с глухим остеклением и внутренней солнцезащитой или с зеркальным остеклением. Климат в этих зданиях постоянно поддерживался с помощью кондиционеров и не зависел ни от солнца и холода, ни от ветра и шума.
Со временем такие устройства вызвали множество нареканий, был выявлен “синдром замкнутого пространства”. Оказалось, что полностью климатизированные здания могут “заболевать” и “заражать” своих обитателей. Существенной причиной этого являются недостаточная чистота воздухопроводящих элементов кондиционеров и отсутствие естественной вентиляции помещений.
Сегодня индивидуальные потребности человека, комфорт и низкое энергопотребление учитываются в значительно большей степени, чем 20–25 лет назад. Все чаще для обеспечения естественной вентиляции высотных зданий, а также с целью обеспечения звукоизоляции и теплового комфорта применяются так называемые двойные фасады (Doppelfassaden), которые также проектируются и изготавливаются с использованием принципа элементной сборки.
Как правило, двойные фасады имеют наружную нить из одинарного ламинированного закаленного стекла, воспринимающего ветровые и ливневые нагрузки, а также вентиляционные решетки (горизонтальные ламели) для забора наружного воздуха. Внутренняя изолирующая нить остекления обеспечивает герметичность, шумоизоляцию, гидро и теплоизоляционные свойства оболочки здания. В ней устанавливаются открываемые элементы для технического обслуживания и естественной вентиляции помещений. В светопрозрачной зоне в воздушном зазоре между двумя рядами остекления, как правило, устанавливаются солнцезащитные устройства (жалюзи, рольшторы).
Двойные фасады могут смягчить колебания давления, возникающие, например, при сильных порывах ветра. Но постоянное (статическое) давление на внешнюю нить фасада позволяет наружному воздуху беспрепятственно проникать в межниточное пространство и при открытых окнах распространяться по помещениям. Если внутренняя планировка предполагает разделение наветренной и подветренной сторон в пределах этажа (т.е. своевременно была предпринята оптимизация плана с точки зрения основных ветровых потоков), то статическое давление, как правило, не приносит никакого дискомфорта и при открытых окнах. Оно может воздействовать только на двери, затрудняя их открывание или препятствуя ему.
Двойные фасады разделяются на фасады с широко (300–800 мм) и узко расставленными (80–150 мм) нитями остекления и имеют множество типов компоновки, которые определяются способами вентиляции помещений и межниточного пространства.
Применение всех без исключения типов двойных фасадов требует разработки индивидуального проектного решения по обеспечению теплового комфорта, звуко и теплоизоляции, воздухообмена и солнцезащиты помещений и является следствием комплексного решения задач, поставленных проектировщиком и инвестором.
Сегодня высотное строительство в крупных городах получает большое развитие. Это обусловлено тенденцией к концентрации бизнеса (населения) в крупных городах, что ведет к нехватке земельных участков в центральных частях города и как следствие - высокой стоимости земли. Однако на данный момент высотное строительство разворачивается недостаточно быстрыми темпами. Среди причин – отсутствие на федеральном уровне технических регламентов проектирования и строительства высотных комплексов и недостаток опыта их возведения. Остается открытым вопрос отсутствия нормативно-технической базы для высотных объектов.
Высотные здания — уникальные сооружения. Особое внимание в высотном строительстве следует уделять условиям работы ограждающих конструкций, играющих роль защитной оболочки здания.
Специальные технические условия
Каждое высотное здание неповторимо, со своими индивидуальными особенностями и техническими характеристикам, и соответственно требует индивидуального подхода при проектировании и строительстве.
Действующие СНиП устанавливают нормативные требования для жилых зданий высотой только до 25 этажей (75 м) и общественных зданий высотой до 16 этажей (50 м). Поэтому при проектировании высотных объектов разрабатывают Специальные технические условия для каждого конкретного здания, в которых помимо требований, содержащихся в нормах для обычных зданий, указывают специфические (дополнительные) требования, учитывающие особенности объемно-планировочных и конструктивных решений высотных зданий, их инженерного оборудования, а также мероприятия по пожарной и комплексной безопасности. Эти технические условия разрабатываются специализированными организациями совместно с генеральным проектировщиком, согласовываются в установленном порядке, в том числе на федеральном уровне, и утверждаются заказчиком строительства. Невозможно разработать универсальные Технические условия для всех типов высотных зданий, поэтому необходим индивидуальный подход.
С целью обеспечения надежности проектных решений, проведения инженерных изысканий и выполнения строительно-монтажных работ надлежащего качества Комитетом по архитектуре и градостроительству города
Москвы (Москомархитектурой) совместно с Комитетом города Москвы по государственной экспертизе проектов и ценообразования в строительстве (Мосгосэкспертизой), Мосгосстройнадзором и государственным учреждением города Москвы «Городской координационный экспертно-научный центр «Энлаком» (ГУ Центр «Энлаком») при участии открытого акционерного общества «Центральный научно-исследовательский и проектный институт жилых и общественных зданий» (ОАО «ЦНИИЭП жилища») разработано «Положение о технических условиях на проектирование и строительство уникальных, высотных и экспериментальных объектов капитального строительства в городе Москве». Положение утверждено руководителем Департамента градостроительной политики, развития и реконструкции города Москвы В.И. Ресиным и введено в действие
Экспертиза и надзор
Проектирование и строительство высотных зданий - сложные архитектурные и инженерные задачи, направленные в первую очередь на обеспечение безопасности и комфорта пребывания в них людей. Поэтому проекты каждого высотного здания проходят обязательную государственную вневедомственную экспертизу, а все возводимые высотные здания находятся под особым контролем Комитета Госстройнадзора г. Москвы. При строительстве каждого объекта обязательно осуществляется постоянный авторский и технический надзор, проводится научно-техническое сопровождение с привлечением ведущих научно-исследовательских организаций и мониторинг всего цикла возведения здания, с обязательной проверкой физико-механических характеристик строительных материалов.
Особо хотелось бы заострить внимание на конструкциях навесных фасадных систем. По предъявляемым требованиям применяемые конструкции должны обеспечивать безопасную эксплуатацию фасадов здания на протяжении 50 лет (срок службы до первого капитального ремонта здания). Поэтому необходимо уделить особое внимание вопросу выбора навесных фасадных систем (НФС) для уникальных и высотных объектов. Соответствовать требованиям и специфике проектирования и строительства подобных объектов могут лишь специально разработанные модификации систем НВФ.
Чтобы быть уверенными в качестве выбираемой технологии, важно сотрудничать с лидерами отрасли, подтвердившими надежность и безопасность своего продукта многолетним опытом работы на рынке фасадостроения (см. «Обзор рынка систем утепления фасадов-2007») .
Уровень ответственности этого выбора растет пропорционально увеличению высоты здания!
С целью проверки рабочей документации и оценки ее соответствия нормам и правилам (Специальным техническим условиям, Стандартам и т.п.), соблюдение которых при проектировании обеспечит надежную эксплуатацию фасадных систем на уникальных, высотных и других экспериментальных объектах капитального строительства, утверждено положение «О проведении технической оценки рабочей документации проектов в части устройства фасадов». Данное положение разработано в соответствии с Распоряжением Правительства Москвы от 3 ноября 2003 года № 2009-РП «О повышении качества проектных решений в части устройства фасадов» и регламентирует порядок проведения ГУ Центр «Энлаком» работ по технической оценке рабочей документации для устройства фасадов зданий и сооружений.
Документальная база для уникальных высотных и других экспериментальных объектов - это комплекс расчетов, экспертных заключений, сертификатов, чертежей и т.д.
Весь этот комплекс расчетов, чертежей, необходимых исследований и заключений является сугубо индивидуальным и уникальным, применимым только к конкретному проекту.
Вся документация по высотным зданиям и ее исполнение находится под пристальным вниманием со стороны контролирующих и надзорных органов.
ТС и другие необходимые документы на конструкции НВФ в высотном строительстве
Надо понимать, что ТС (техническое свидетельство) с ТО (техническая оценка пригодности) - это одна из составных частей комплекса документов, необходимых для подтверждения возможности использования той или иной навесной фасадной системы при монтаже фасада на высотном здании. ТС выдается на продукцию - фасадную систему, без привязки к какому-либо проекту, следовательно, содержит общие сведения о системе и материалах, которые в принципе могут применяться на фасадах зданий.
Мы сейчас ведем речь о высотном строительстве, а каждое высотное здание уникально, унифицировать их невозможно, поэтому не может быть одного универсального ТС для всех высоток - это нонсенс! При проектировании каждого такого здания необходимо провести ряд мероприятий - это расчеты на прочность, исходя из конкретной архитектуры и высоты здания, с учетом действующих нагрузок, в том числе ветровых, которые можно получить только экспериментальным путем; теплотехнический расчет (с учетом теплопроводных включений); исследования на сейсмическую стойкость, коррозионную долговечность и пожарную безопасность и все это в привязке к конкретному зданию. В случае ошибки в выборе системы, что может привести к преждевременному выходу ее из строя, и в соответствии с действующим законодательством вся ответственность ложится на генерального проектировщика и технического заказчика.
Техническое обоснование выбора фасадных конструкций (систем)
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
1. Навесные фасадные системы с воздушным зазором.
1.1. Комплексные технические условия с разделом, в котором должны быть определены требования к фасадным системам по обеспечению их долговечности, надежности и безопасности в процессе строительства объекта, гарантийного срока эксплуатации и срока службы фасадных систем (не менее 50 лет).
1.2. Техническая оценка пригодности, техническое свидетельство, СТО, ТУ на фасадную систему с высотностью применения до 75 м.
1.3. Дополнительные расчеты и их экспертные заключения о возможности применения фасадной системы выше 75 м.
1.3.1. Заключение о коррозионной стойкости (долговечности не менее 50 лет) элементов фасадной системы.
1.3.2. Расчет статических и ветровых нагрузок с учетом турбулентной составляющей и результатов обдува макета здания в аэродинамической трубе или методом математического моделирования.
1.3.3. Теплотехнический расчет (сопротивление теплопередаче, влажностный режим с определением вероятности выпадения конденсата на облицовке или утеплителе и теплотехнический расчет узлов сопряжения фасадной системы теплоизоляции со светопрозрачной конструкцией).
1.3.4. Требования по несущей способности анкеров.
1.3.5. Заключение ГПН ГУ МЧС РФ об огнестойкости фасадных конструкций, предусмотренных проектом и рабочей документацией (экспертное заключение ТУ).
2. Гарантийные обязательства поставщика системы не менее 10 лет и срока службы фасадной системы не менее 50 лет (срок службы до 1-го капитального ремонта здания).
3. Реконструкция по ремонту и эксплуатации фасадных конструкций (систем).
Таким образом, для подтверждения возможности применения той или иной конструкции НФС в высотном строительстве необходимо иметь Техническое свидетельство на фасадную систему (до 75 м) и провести определенный комплекс мероприятий относительно вашего проекта в соответствии с требованиями, регламентированными МГСН и положениями: «О Специальных технических условиях», «О проведении технической оценки рабочей документации проектов в части устройства фасадов» п. 8.2. Требования к навесным фасадным системам теплоизоляции с воздушным зазором.
Положение «О проведении технической оценки рабочей документации проектов в части устройства фасадов».
7.1. Перечень документации для устройства конструкции навесной фасадной системы (НФС):
- Специальные технические условия (СТУ) для высотных и уникальных зданий.
- Паспорт «Колористическое решение, материалы и технология проведения работ».
- Техническое свидетельство (ТС) на систему с обязательными приложениями (техническая оценка, альбом технических решений) и оригинальной печатью заявителя (разработчика) системы либо иные документы, подтверждающие пригодность применения данной системы в строительстве (Стандарт организации (технические условия) на производство и применение).
- Чертежи фасадов здания, включая фасадное остекление.
- Планы всех этажей с обозначением контура фасадных конструкций.
- Чертежи фасадов здания с обозначением схем монтажа кронштейнов и направляющих с привязкой к осям здания, утеплителя и облицовки.
- Сечения по архитектурным элементам и деталям на фасадах здания (русты, карнизы, сандрики, зеркала и т.п.).
- Статические расчеты и расчеты элементов каркаса на ветровые нагрузки, с соответствующими расчетными показателями для испытаний крепежных (анкерных) элементов на вырыв.
- Комплексный теплотехнический расчет (раздел «Энергоэффективность»), в том числе с учетом температурно-влажностного режима.
- Заключение Мосгосэкспертизы по утверждаемой части проекта, в том числе по разделу «Противопожарные мероприятия».
- Оценка пожарной опасности в соответствии с ГОСТ 31251-2003 «Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности. Стены наружные с внешней стороны», ГОСТ 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» конструкции навесной фасадной системы с учетом функционального назначения и высотности здания.
- Деталировочные узлы по устройству конструкции НФС, с указанием способа антикоррозионной защиты элементов, в том числе узлы сопряжения различных систем.
- Спецификация на материалы, изделия и комплектующие (с указанием типов, марок, количества и т.п.) для устройства конструкции навесной фасадной системы.
- Проект производства работ (технологические операционные карты производства фасадных работ с указанием мероприятий входного и операционного контроля).
- Перечень нормативной и рекомендательной документации, использованной при разработке проекта в части устройства НФС.
8.2. Требования к навесным фасадным системам теплоизоляции с воздушным зазором:
Техническая оценка пригодности, техническое свидетельство (ТС), Стандарт организации (СТО), Технические условия (ТУ) на фасадную систему с высотой здания до 75 м.
- Дополнительные расчеты и их экспертные заключения о возможности применения фасадной системы для зданий выше 75 м.
- Заключение по коррозионной стойкости не менее 50 лет элементов системы и лакокрасочного антикоррозионного покрытия.
- Расчет статических и ветровых нагрузок с учетом турбулентной составляющей по результатам обдува макета здания в аэродинамической трубе или методом математического моделирования.
- Теплотехнический расчет (сопротивление теплопередаче, влажностный режим с определением вероятности выпадения конденсата на облицовке и теплотехнический расчет узлов сопряжения фасадной системы теплоизоляции со светопрозрачной конструкцией).
- Требования по несущей способности анкеров.
- Оценка пожарной опасности в соответствии с ГОСТ 31251-2003 «Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности. Стены наружные с внешней стороны», ГОСТ 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» конструкции навесной фасадной системы с учетом функционального назначения и высотности здания (протоколы огневых испытаний, экспертные заключения, технические условия на разработку мероприятий по обеспечению пожарной безопасности).
- Комплексные технические условия с разделом, в котором определены основные требования к фасадным системам по обеспечению их надежности в процессе строительства объекта, гарантийного срока эксплуатации и срока службы фасадных систем (не менее 50 лет).
- Договор заказчика-застройщика с эксплуатирующей организацией на гарантийный срок эксплуатации и обеспечение срока службы фасадной системы в 50 лет (срок службы до 1-го капитального ремонта здания).
- Энергетический паспорт здания (сооружения) с вкладышем и внесенными в него результатами натурных испытаний и обследований теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций с выявлением соответствия фактических показателей нормативным, записями выводов и рекомендаций организаций, выполняющих натурные испытания и обследования.
- Раздел проекта по мониторингу во время строительства и эксплуатации объекта.
Важно отметить, что разработанные нормативно-методические документы по проектированию, строительству и эксплуатации многофункциональных высотных зданий и комплексов МГСН 4.19-2005, МГСН 1.04-2005 - принципиально новые нормативные документы, на данный момент находящиеся в стадии апробации для дальнейшего их совершенствования и увязки с разрабатываемыми федеральными техническими регламентами, а также их возможной гармонизации с Европейскими строительными кодами и перевода в рамки постоянных нормативов.
В настоящее время исполнительной властью города Москвы ведется активная работа в области применения новых технологий, с использованием конструкций навесных фасадных систем (НФС) в высотном строительстве. В дальнейшем опыт Москвы можно использовать на федеральном уровне. Еще на стадии разработки проектной и рабочей документации создан комплекс мер, позволяющий контролировать и отбирать наиболее надежные решения применения НВФ на высотных зданиях.
Используемая литература
1. МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве».
2. МГСН 1.04-2005 «Временные нормы и правила проектирования планировки и застройки участков территории высотных зданий-комплексов, высотных градостроительных комплексов в городе Москве».
3. Положение «О проведении технической оценки рабочей документации проектов в части устройства фасадов».
4. «Обзор рынка систем утепления фасадов-2007» - http://www.anfas.biz/pub.html
А.Ю. Калинин, главный инженер Городского координационного экспертно-научного центра «ЭНЛАКОМ»
Журнал «Высотные здания» №5, 2008
Стекло относится к материалам, использование которого для отделки фасадов позволило придать им особый облик, соответствующий представлениям об идеальном современном здании. Этому способствуют эстетические качества стеклянной поверхности, которая может быть зеркальной, полупрозрачной, цветной. Также играет роль элегантный вид конструкций рам, возможность получения четких граней и правильных изгибов, больших гладких поверхностей. В целом остекленное здание выглядит аккуратным. Кроме того, применение стекла в отделке фасадов подчеркивает владение строителей высокими (сложными) технологиями, являющимися результатом прогресса инноваций. Для этого требуется сложное производство изделий имеющих особые эксплуатационные и эстетические качества, обеспечение высокой точности монтажа конструкций. Все это обеспечивает имидж тем, кто может выполнить такое здание, и тем, кто им пользуется.
Отношение профессионалов к стеклу в архитектуре не однозначное. Одни критики считают, что современное здание со стеклянным фасадом может быть уместно в любом архитектурном контексте, не подавляя историческое окружение, а отражая и умножая его шедевры. Другие - поднимают проблему безликости архитектуры стеклянных зданий, потерю в ней национальных черт. В качестве примеров можно привести т.н. «международный» стиль, внедренный Мис ван дер Роэ, в его постройки «Лейк шор Драйв», «Сигрем билдинг» и многие другие здания ООН в Нью-Йорке, Конгресса в Бразилии, института «Гидропроект» в Москве, позволяют говорить о том, что «стеклянная» архитектура универсальна и одинакова для любой точки земного шара, также как типовые проекты крупнопанельных домов.
На практике использование светопрозрачных фасадов не всегда обеспечивает высокие качества архитектуры, остекление не абсолютный принцип получения современного престижного здания, действующий во всех случаях. Его применение еще не означает, что здание будет удачным. Стекло всего лишь материал фасада, одно из средств архитектуры, применение которого должно быть уместным в конкретном случае. Для этого необходимо удовлетворить массу требований, предъявляемых к будущему зданию, что обеспечивает методика проектирования. В соответствии с ней, как правило, на первом месте находится архитектурно-планировочное решение, разрабатываемое с учетом функции здания, которому подчинены архитектурно-художественное решение, основанное на законах композиции, а также конструктивное решение.
Светопрозрачные фасады, применяемые при строительстве современных зданий, имеют большое разнообразие по архитектурным эстетическим и техническим характеристикам. Их классификация по этим признакам позволяет создать систему, облегчающую выбор решения фасада архитектором. Для этого предлагается выполнить классификацию по двум направлениям - архитектурному и конструктивному решению. В этом случае архитектурное решение определит выбор остекления фасада в соответствии с архитектурно-планировочными и архитектурно-художественным требованиям, а конструктивное – в соответствии с требованиями к конструкциям и их материалам.
Классификация светопрозрачных фасадов по архитектурному решению позволяет выделить следующие группы: перфорированные, ленточные, сплошные, вентилируемые с облицовкой из стекла, двойные.
Фасады с перфорированным остеклением (рис. 1) используются при архитектурном решении здания, когда рамы устанавливаются между несущими элементами его каркаса (выступающими торцами перекрытий, балками, колоннами, торцами стен). Получается фасад, на котором остекленные плоскости разделены по горизонтали и вертикали. Конструкции фасадной системы в данном случае опираются на перекрытия, а также крепятся по бокам к стенам, или колоннам, а сверху к потолку.
Фасады с ленточным остеклением (рис. 2) создаются непрерывными горизонтальными проемами без простенков. В результате образуются поэтажные ленты по одному фасаду или всему периметру здания, состоящие из непрерывной остекленной полосы и непрерывной непрозрачной подоконной части стены. Несущие колонны и стены в данном случае выполняются утопленными за ленту остекления. Конструкции фасадной системы в данном случае опираются на перекрытия или подоконную стену, сверху крепятся к потолку, а также могут крепиться к торцам стен и колонн.
Фасады со сплошным остеклением (рис. 3) представляют собой непрерывную в горизонтальном и вертикальном направлении внешнюю стеклянную оболочку. Изнутри остекление выполняется от пола до потолка, от стены до стены. Конструкции такого фасада крепятся путем их подвешивания к торцам (передним кромкам) междуэтажных перекрытий с помощью консольных кронштейнов.
Вентилируемые фасады с облицовкой из стекла позволяют достичь впечатления сплошного остекления фасада, тогда как помещения имеют обычные окна. Они обеспечивают остекление простенков и глухих участков фасада, при этом остекление стен и окон может выполняться в одной плоскости. Такие конструкции освоены фирмами, выполняющими вентилируемые фасады, и крепятся кронштейнами к наружной стене. Они выполняются аналогично обычным не прозрачным вентилируемым фасадам с воздушным зазором. Часто используются в архитектурных решениях современных зданий, для создания впечатления сплошного остекления. Стеклянная поверхность над стенами выполняет декоративную роль, и закрывает от внешних воздействий утеплитель. Внешняя расшивка состоит из планок шириной 75 и 80 мм.
Данные системы могут применяться совместно с любыми другими (перфорированном, ленточном и другом остеклении) для облицовки глухих участков.
Двойные фасады (рис. 4) предполагают сплошное остекление, но отличаются от рассмотренных выше тем, что имеют основной - внутренний и дополнительный - наружный слои остекления. Внутренний и наружный слои фасада устраиваются на различном расстоянии друг от друга, которое может быть от нескольких дециметров до 2-х метров. При этом, дополнительный наружный слой, как правило, имеет одинарное остекление и выполняет функции защиты от порывов ветра, осадков и солнца. Он может иметь открывающиеся рамы и солнцезащитные жалюзи. Основной внутренний слой имеет двойные или тройные стеклопакеты, может быть выполнен в виде фасада со сплошным, ленточным, перфорированным остеклением, или любой иной системы.
Однако нельзя не упомянуть большое количество критических материалов о данных решениях .
Классификация светопрозрачных фасадов по конструктивным решениям позволяет выделить следующие группы: опорно-ригельные, рамные, спайдерные, структурные, полуструктурные, вентилируемые и тепло-холодные вентилируемые, панельные.
Опорно-ригельная конструкция состоит из вертикальных опор и горизонтальных перемычек - ригелей, собираемых на месте. Несущая структура остается с внутренней теплой стороны. Монтаж данной конструкции яв¬ляется достаточно сложной операцией. Элементы заполнения, то есть все стеклопакеты, панели и крепежные элементы доставляются разрозненно и собираются на месте. Процесс монтажа ведется снаружи здания. Как правило, для монтажа требуется возведение строительных лесов. В случае плохих метеоусловий сборка значительно затрудняется и увеличивается вероятность допущения ошибок.
Данные конструкции применяются для фасадов с перфорированным, ленточным, сплошным остеклением, а также для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла. Кроме того, они могут быть использованы для остекления зимних садов, светопрозрачных крыш, куполов.
Рамная конструкция состоит из каркаса, образованного вертикальными опорами и горизонтальными перемычками, в который вставляются рамы с остеклением, имеющие заводскую готовность. Несущая структура остается частично снаружи и должна иметь утепление. Конструкция имеет ряд отличий от опорно-ригельной, основным из которых является то, что монтаж и застекле¬ние (установка рам) производится изнутри. Учитывая заводскую готовность рам, можно сказать, что погодные условия гораздо меньше влияют на процесс сборки.
Данные конструкции используется для фасадов со сплошным остеклением, при перфорированном и ленточном остеклении, а также для двойных фасадов.
Структурное остекление основано на способе установки стекол и стеклопакетов, при котором рамы не видны на внешней плоскости фасада, за счет чего создается эффект сплошной стеклянной поверхности с малозаметными швами. Стекла или стеклопакеты приклеиваются к алюминиевой раме, вставляемой в опорно-ригельный каркас, или непосредственно к несущему каркасу. При этом оконные стекла (стеклопакеты) вплотную примыкают друг к другу и крепятся клеем снаружи без видимых крепежных лент или иных фикси¬рующих элементов. Несущий каркас остается с внутренней теплой стороны. Процесс монтажа стеклопакетов ведется снаружи здания. Как правило, для монтажа требуется возведение строительных лесов. В случае плохих метеоусловий сборка значительно затрудняется и увеличивается вероятность допущения ошибок.
Используется для фасадов со сплошным остеклением, а также для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла, при перфорированном и ленточном остеклении. Необходимо заметить, что данные решения считаются опасными и практически не используются в ряде стран, в том числе и Германии .
Полуструктурное остекление отличается от структурного тем, что каждый стеклопакет обрамлен фиксирующим алюминиевым кантом, видимым снаружи, что позволяет избежать падения стекла при повреждении клея.
Используется для фасадов со сплошным остеклением, а также для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла, при перфорированном и ленточном остеклении.
Спайдерное остекление новое решение для остекленных фасадов. Основано на использовании каркаса, образованного вертикальными опорами и горизонтальными перемычками, в который вставляются стеклопакеты. Герметизация достигается за счет заливки пространства между стеклопакетами и каркасом специальным силиконовым герметиком. Сами стеклопакеты держатся на специальных кронштейнах - спайдерах, которые крепятся к несущему каркасу.
Используется для фасадов со сплошным остеклением, а также для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла, на глухих участках при перфорированном и ленточном остеклении.
Тепло-холодные вентилируемые фасады являются вариантом вентилируемых систем и применяются там, где имеются глухие участки стен, не требующие термоизоляции всей поверхности. Стеклянная поверхность над стенами выполняет только декоративную роль. В этом случае может быть использован облегченный каркас без терморазрыва (специальных мероприятий, обеспечивающих снижение теплопотерь через несущие элементы каркаса), что упрощает конструкцию и позволяет уменьшить стоимость фасада.
Используется для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла, на глухих участках стен (торцов, простенков и т.п.).
Панельные фасады производят в цехах в виде готовых к монтажу фрагментов. Они уже включают каркас с установленными стеклопакетами и открываемыми элементами. Такие фасады отличаются минимальными сроками производства и монтажа. Процесс монтажа ведется снаружи здания. Как правило, для монтажа требуется возведение строительных лесов. В случае плохих метеоусловий сборка значительно затрудняется и увеличивается вероятность допущения ошибок.
Используется для фасадов со сплошным остеклением, а также при перфорированном и ленточном остеклении.
Классификация материалов конструкций остекленных фасадов предусматривает деление на следующие группы: алюминиевые, стальные, комбинированные.
Алюминиевые профили выполняются, как правило, из «трехкомпонентного сплава» алюминий, магний, кремний и имеют антикоррозионное покрытие. Алюминий обладает высокой теплопроводностью, поэтому обычно все производители выпускают два вида профилей: "холодные" и "теплые". "Холодные" профили не подходят для фасадов отапливаемых зданий. "Теплые" профили имеют в своей конструкции теплоизолирующую вставку, которая обеспечивает лучшую теплоизоляцию профиля. Вставка изготавливается из армированного стекловолокном полиамида. Для повышения термо- и звукоизоляции она может быть выполнена из полиуретана.
Декоративная отделка профиля обеспечивается анодированием, окрашивание порошковым методом и имитация поверхности различных материалов, при этом форма внешних накладок может быть самой разной - плоской и коробчатой, полукруглой и чечевицеобразной.
Стальные профили издавна применялись у нас в одинарном переплете. Сейчас на смену им пришло новое поколение стальных фасадов, которое по сопротивлению теплопроводности, коррозионной стойкости, дизайну не уступает алюминиевым фасадным системам, и имеет существенные преимущества по цене. Так же и как алюминиевые, стальные профили могут быть "теплые" и "холодные".
Декоративная отделка осуществляется за счет различных видов окраски, обеспечивающих широкие возможности в плане цвета, фактуры и текстуры.
Комбинированные профили внешне похожи на профили из ПВХ, которые всем хорошо знакомы по пластиковым окнам и дверям, но изнутри они усилены армирующим стальным профилем. Достоинством фасада из таких конструкций считается возможность использования пластиковых окон.
Другим вариантом комбинированных конструкций является совмещение стального каркаса и алюминиевого профиля. Когда необходимо остеклять большие пролеты, то часто становится экономически целесообразно установить дешевый стальной каркас, на который закрепить алюминиевые конструкции, чем увеличить их жесткость.
Декоративная отделка алюминиевых и стальных поверхностей аналогична рассмотренной выше (см. декоративную отделку стальных и алюминиевых профилей). Для ПВХ профилей отделка обеспечивается за счет ламинирования и за счет возможности моделировать большое количество вариантов таких свойств как фактура, текстура и цвет может копировать самые разнообразные материалы (дерево, металл, камень).
Выбор архитектурного решения светопрозрачного фасада не может быть случайным или основываться только на эстетических предпочтениях. Для разных типов зданий существуют свои критерии в использовании остекления фасадов, из которых наиболее важными следует считать функциональные.
Например, в жилых зданиях, в силу особенностей планировочных решений, жестких теплотехнических, противопожарных требований и традиционной экономии, сплошное остекление применяется лишь для ограждения балконов, нижних этажей с общественными помещениями и зимних садов на крышах. Иногда оно может использоваться для гостиных представительных квартир и апартаментов. В жилых рядовых комнатах, тем не менее, устанавливаются традиционные окна. Сплошное остекление совершенно не уместно в спальне, требующей уютную и интимную обстановку. Следовательно, для жилых зданий можно использовать фасады с ленточным и перфорированным остеклением, вентилируемую систему с облицовкой из стекла, а также двойные фасады, внутренний слой которых может иметь не сплошное остекление, а обычные окна с простенками и подоконной частью.
Архитектура общественных зданий включающих помещения офисов, банков, торговых, спортивных и развлекательных центров, напротив, имеет тенденции к значительному увеличению площадей стеклянных фасадов. Для них подходят фасадные системы, с перфорированным, ленточным и сплошным остеклением, а также двойные фасады. Однако, остекление всей наружной стены не всегда уместно и в общественном здании. Оно наиболее востребовано в престижных помещениях, но не обязательно и даже не уместно для рядовых рабочих комнат.
Многофункциональные здания, включающие в свою объемно-пространственную структуру разные помещения – жилье, гостиничные номера, офисные помещения, представляют собой наиболее сложную задачу при проектировании. С одной стороны фасадная поверхность должна быть подчинена единой архитектурной идее, поэтому остекленный фасад такого здания, как правило, представляет собой общую стеклянную стену. При реализации такой идеи наиболее уместен двойной фасад. Вместе с тем, имеется возможность организовать комбинированный фасад, учитывающий разность требований к освещению помещений различного назначения – квартир, гостиничных номеров, офисов.
Выбор конструктивного решения и материалов светопрозрачных фасадов основывается на их архитектуре, возможности применения в конкретном случае данных конструкций. При этом учитываются параметры фасада и их влияние на экономическую целесообразность тех или иных конструкций. Кроме того, не маловажным фактором является процесс монтажа, требующий устройства лесов, или допускающий проведение всех работ изнутри здания, что может оказаться решающим при неблагоприятных погодных условиях. Размеры конструкций, необходимость их усиления определяют выбор материала профилей, каркаса и рам.
Подводя итоги, следует сказать, что, использование в проектировании светопрозрачных фасадов требует рассмотрения целого ряда вопросов. Одним из инструментов, призванных помочь в принятии решения является классификация. Она учитывает, положительные и отрицательные свойства рассматриваемых конструкций и целесообразность использования для зданий различного назначения.
Следуя методу перехода от общего к частному, прежде всего, необходимо определить тип фасадов, используя классификацию по архитектурному решению, которая позволяет учитывать архитектурно-планировочные и архитектурно-художественные требования к ним. Следующим этапом проектирования является выбор возможных вариантов конструкций фасада, на основе классификации по конструктивным решениям. Далее, с учетом требований конструирования и условий эксплуатации назначаются материалы несущих конструкций и тип стекол. Так систематизация разнообразных архитектурных и конструктивных решений остекленных фасадов позволяет архитекторам, разрабатывая архитектурно-художественный облик современных зданий, создавать желаемую композиционную структуру, учитывать градостроительное окружение, ахитектурно-планировочное решение объекта, а также нюансы, возникающие при взаимоувязке в едином архитектурном решении функциональных, конструктивных, технологических и художественных вопросов.
Канд. арх., проф. А.А. Магай;
канд. арх., доц. Н.В. Дубынин
(Статья опубликована в периодическом издании Вестник МГСУ – 2010 г. - №2)
Литература:
1. Гетис.К. Стеклянные двойные фасады (начало) // AВОК. 2003. № 7. С. 10-17.
Гетис.К. Стеклянные двойные фасады (продолжение) // АВОК. 2003. № 8. С. 22-31.
Гетис.К. Стеклянные двойные фасады (продолжение) // АВОК. 2004. № 1.С. 20-23.
2. Руководство по высотным зданиям. Типология и дизайн, строительство и технология. Пер. с англ. М.: ООО «Атлант-Строй», 2006. 228 с.
