Методика расчета прогибов стекол в составе стеклопакета под климатической нагрузкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат наук Стратий, Павел Васильевич

• Стратий, Павел Васильевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Стратий, Павел Васильевич

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. История развития конструкции стеклопакета

1.2. Обоснование задач исследования

1.2.1. Инженерная задача расчета климатической нагрузки

1.2.2. Архитектурная задача расчета климатической нагрузки

1.3. Рассмотренные физико-математические модели работы

стеклопакета под климатической нагрузкой

1.4. Рассмотренные методики определения климатической нагрузки

1.5. Выводы по главе 1

Глава 2. Методика расчета прогибов стекол в составе стеклопакета под климатической нагрузкой

2.1. Физико-математическая модель работы стеклопакета под

климатической нагрузкой

2.2. Зависимости и формулы, необходимые для расчета

2.3. Исходные данные и сочетания нагрузок для вычисления

климатической нагрузки в г. Москве

2.3.1. Климатические колебания атмосферного давления

2.3.2. Изменение давления с изменением абсолютной высоты

2.3.3. Изменение температуры окружающей среды

2.3.4. Снижение парциального давления внутри стеклопакета

2.3.5. Сочетания нагрузок: «зимний период»

2.3.6. Сочетания нагрузок: «летний период»

2.4. Выводы по главе 2

Глава 3. Экспериментальные исследования стекол и стеклопакетов под односторонней и климатической нагрузкой

3.1. Постановка экспериментов

3.1.1. Эксперимент №1. Работа под односторонней нагрузкой одинарного стекла

3.1.2. Эксперимент №2. Работа под односторонней нагрузкой однокамерного стеклопакета

3.1.3. Эксперимент №3. Работа под односторонней нагрузкой разгерметизированного однокамерного стеклопакета

3.1.4. Эксперимент №4. Работа под климатической нагрузкой однокамерного стеклопакета

3.2. Анализ результатов экспериментов

3.3. Выводы по главе 3

Глава 4. Исследование конструктивных параметров стеклопакетов для снижения прогибов стекол от климатической нагрузки

4.1. Теоретические предпосылки влияния различных параметров стеклопакета на его работу под климатической нагрузкой

4.2. Исследование конструктивных параметров стеклопакета, влияющих на прогибы стекол от климатической нагрузки

4.2.1. Исследование стеклопакетов различной площади

4.2.2. Исследование жесткости закрепления стекол пакетов

4.2.3. Исследование различных соотношений длин сторон

4.2.4. Исследование межстеколыюго расстояния

4.2.5. Исследование толщин стекол пакетов

4.3. Рекомендации по проектированию стеклопакетов на действие климатической нагрузки

4.4. Рекомендации о внесении дополнений в нормативные документы

4.5. Выводы по главе 4

5. Общие выводы и результаты работы

6. Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика расчета прогибов стекол в составе стеклопакета под климатической нагрузкой»

Введение

Возрастающая тенденция к массовому использованию пакетного остекления в современном строительстве заставляет обратить внимание на особенности формирования напряженно-деформированного состояния в ограждающих конструкциях наружной оболочки, изучить различные составляющие климатической нагрузки и выбрать принципы проектирования светопрозрачных конструкций (далее - епк) с учетом сохранения архитектурного облика зданий.

Актуальность работы

В подавляющем большинстве светопрозрачных фасадов современных зданий в качестве заполнения используются стеклопакеты. В отличие от ранее применявшихся епк, в стеклопакетах возникает специфическая нагрузка. В европейской строительной практике данная нагрузка получила название «климатической» или, согласно терминологии стандарта ЕЫ 13474, «внутренней нагрузки». Климатическая нагрузка возникает из-за герметичности конструкции стеклопакета. После герметизации стеклопакет становится подверженным изменению температуры: при нагреве/охлаждении внутренний воздух расширяется/сжимается, внутри возникает избыточное или недостаточное давление, деформирующее стекла. Также разница давлений внутри и снаружи стеклопакета возникает при изменении атмосферного давления.

На протяжении всего срока эксплуатации с момента его герметизации

стеклопакет находится в напряженно-деформированном состоянии,

создаваемом климатической нагрузкой. Цикличность и знакопеременность

климатической нагрузки является основным фактором, определяющим

максимальный срок эксплуатации стеклопакета в 25 - 30 лет. Практически

действие климатической нагрузки можно визуально наблюдать как

оптические искажения на фасадной плоскости остекления из-за деформации

стекол стеклопакета. Данный эффект в ряде случаев полностью разрушает

эстетический и художественный замысел архитектора. Деформации стекол

4

стеклопакета от климатической нагрузки в сочетании с ветровой могут превышать максимально допустимые, что может привести к разгерметизации и даже разрушению стеклопакета. При проектировании структурного остекления данный фактор является важнейшим с точки зрения безопасности.

В европейской практике проектирования стеклопакетов климатической нагрузке уделяется серьезное внимание в нормативной документации, где расчетным является сочетание ветровой и климатической нагрузок. Но в расчете не учитываются деформации стекол и оптические искажения фасадов зданий. В нашей стране в силу специфики данной нагрузки, не характерной для иных спк, климатическая нагрузка не учитывается при проектировании, информация о ней отсутствует в нормативной документации.

Цели и задачи работы

Целыо работы является:

Совершенствование методов расчета конструкций стеклопакетов на основе разработки методики расчета прогибов стекол стеклопакета под климатической нагрузкой, что позволяет дать рекомендации для снижения прогибов стекол, увеличения срока эксплуатации стеклопакета и улучшения архитектурного облика зданий.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

• Изучить существующие методики расчета стекол стеклопакета под климатической нагрузкой.

• Разработать методику расчета прогибов стекол стеклопакета под климатической нагрузкой (физическую и математическую модели).

• Сформулировать и обосновать группу исходных данных, способ их определения и сочетания для расчета максимальных климатических нагрузок.

• Провести экспериментальные исследования работы стеклопакета под климатической нагрузкой.

Разработать компьютерную программу по расчету прогибов стекол однокамерного стеклопакета под климатической нагрузкой.

Научная новизна работы

• В физической модели стеклопакета как герметичной газовой камеры предлагается разделить конструкции на два типа:

- в первом типе конструкций стенки имеют большую жесткость, и внутреннее давление воспринимается за счет работы стенок с минимальными деформациями, внутреннее давление сохраняется;

- во втором типе конструкций • стенки имеют малую жесткость, внутреннее давление деформирует стенки, что изменяет внутренний объем и компенсирует данное внутреннее давление;

• При постановке физической задачи учтено, что при малых прогибах стекла работают на изгиб, а с увеличением прогибов начинают работать как пространственная оболочка - на изгиб со сжатием-растяжением.

• В исходных данных для расчета климатической нагрузки обоснована расчетная температура для эксплуатационных условий остекленного неотапливаемого здании (взамен эксплуатационных условий отапливаемого здания).

На защиту выносится:

• Физическая модель стеклопакета под действием климатической нагрузки.

• Способ подготовки исходных данных и их сочетаний для расчета максимальных климатических нагрузок.

• Результаты экспериментальных и теоретических исследований.

• Рекомендации по оптимизации конструкции стеклопакета.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на: 1. Тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов

6

«Строительство формирование среды жизнедеятельности», Москва (2010 г.);

2. Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (2011 г.);

3. НТС каф. «Архитектура гражданских и промышленных зданий» ФГБОУ ВПО «МГСУ» (2012 г.);

4. НТС каф. «Проектирование зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «МГСУ» (2012 г.);

5. НТС НИЛ «Обследование зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «МГСУ» (2012 г.);

6. НТС «Кирпичных, блочных и панельных зданий» ОАО «НИЦ «Строительство» (2012 г.);

7. НТС «Строительных конструкций зданий» ОАО «ЦНИИПромзданий» (2013 г.).

Результаты работы были внедрены в производственный процесс ООО «БАУ-инжиниринг групп», где были применены практические рекомендации по проектированию стеклопакетов, позволяющие снизить прогибы стекол стеклопакетов. А также в учебный процесс ФГБОУ ВПО «МГСУ», и используются студентами на практических занятиях при курсовом и дипломном проектировании.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по диссертации, библиографического списка использованной литературы. Работа имеет общий объём 166 страницы машинописного текста, содержит 41 таблицу, 50 рисунков, библиографический список использованной литературы из 102 наименований.

Основные положения диссертационной работы содержатся в

следующих публикациях

Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах и

изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Плотников A.A., Борискина И.В., Стратий П.В. «Климатическая нагрузка на стеклопакеты» журнал «Вестник МГСУ» 2011 №2 Том 2. -М: МГСУ, 2011. Стр. 262 - 267.

2. Плотников A.A., Борискина И.В., Стратий П.В. «Исследование прогибов стекол пакета при действии атмосферной составляющей климатической нагрузки» журнал «Жилищное строительство» 2011 №4. - М.: «Стройматериалы», 2010. Стр. 33 -36.

3. Стратий П.В. «Влияние геометрических параметров стеклопакетов на деформации стекол под климатической нагрузкой» журнал «Научное обозрение» 2013 №9. - Саратов: ООО «АПЕКС-94». Стр. 185 - 189.

4. Плотников A.A., Стратий П.В. «Расчет климатической нагрузки на стеклопакет на примере г. Москвы» журнал «Научное обозрение» 2013 №9. - Саратов: ООО «АПЕКС-94». Стр. 190 - 194.

Статьи, опубликованные в других научных журналах:

1. Плотников A.A., Борискина И.В., Стратий П.В. «Климатическая нагрузка». Сборник докладов 13 Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов "Строительство - формирование среды жизнедеятельности" - М: МГСУ АСВ, 2010.

2. Плотников A.A., Борискина И.В., Стратий П.В. «Стеклопакет и иллюминатор. Принципы проектирования». Сборник докладов Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании». - М: МГСУ АСВ, 2011.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. История развития конструкции стеклопакета

История развития конструкции стеклопакета подробно изложена в книге «Здания и сооружения со светопрозрачными фасадами и кровлями» под общей редакцией Борискиной И.В. [7] в главе 3.1 (написанной в соавторстве Стратием П.В. и Борискиной И.В.). Далее по праву соавторства частично приводится текст из главы 3.1. указанного издания.

«В подавляющем большинстве современных зданий со светопрозрачными оболочками в качестве элементов светопрозрачного заполнения используются стеклопакеты с различными стёклами, имеющие двойной контур герметизации. С точки зрения развития техники примечательно, что стеклопакет, как продукт массового серийного производства, первоначально был применён в транспортной индустрии, и лишь несколько десятилетий спустя, превратился в неотъемлемый конструктивный элемент зданий и сооружений. Впервые патент на стеклопакет был зарегистрирован американским инженером Т. Стетсоном в 1865 году; однако их промышленное производство началось только в 1934 г. в Германии со стеклопакетов, примененных для остекления железнодорожных вагонов [1]. Начиная от конструкции первых стеклопакетов, мы можем проследить техническое совершенствование идеи создания высоко технологичного остекления с необслуживаемым межстекольным пространством (отсутствие межстеколыюго запыления и загрязнения, характерного для раздельного листового остекления), обладающего необходимыми теплозащитными свойствами. В самом первом стеклопакете, аналогично стеклопакетам последующих поколений, за основу был принят принцип герметичной камеры, ограниченной двумя стёклами с заполнением межстеколыюго пространства осушенным воздухом (рис. 1.1).

Сборка и герметизация первых стеклопакетов, впоследствии получивших название «заваренные», осуществлялась путём нагрева и сварки стёкол по периметру таким образом, чтобы они отстояли на определенное расстояние друг от друга [2]. Заполнение осушенным воздухом осуществлялось сквозь специальные отверстия, которые затем также герметизировались. Технология производства таких стеклопакетов была достаточно сложной и дорогостоящей. Они отличались низкой надежностью герметизации и высокой концентрацией механических напряжений по контуру сопряжения пластин стекла. Соответственно, такие стеклопакеты быстро разрушались на стадии эксплуатации, срок их службы был коротким.

Следующим технологическим шагом стало появление в 1938 г. в США под маркой ТЬегшорапе, так называемых «паянных» стеклопакетов, состоявших из стёкол и свинцовой распорной рамки, спаянных между собой (рис. 1.2). По сравнению со своими предшественниками, производство таких стеклопакетов было значительно упрощено. Устанавливаемая по периметру свинцовая рамка задавала необходимую дистанцию между стёклами и легко припаивалась к ним.

Однако по истечении определённого периода эксплуатации выявились серьезные недостатки такой конструкции. За счёт большой разницы коэффициентов линейного температурного расширения свинца (а = 28 х 10"6

отверстие, закрываемое после осушения н

полосп., заполненная осушсниим нсатдо

ЧЬ7

_ 4 - спарка стикатима стекло- стекло

Рис. 1.1. Конструкция «Заваренного» стеклопакета

0С"') и стекла (а = 9 х 10"6 °С"'), при сезонных температурных перепадах стеклянные пластины и свинцовая рамка отделялись друг от друга — происходила разгерметизация, и стеклопакет выходил из строя. При отрицательных температурах наружного воздуха, зона по периметру стеклопакета внутри помещения, за счёт высокой теплопроводности свинцовой рамки, покрывалась конденсатом или инеем.

Рис. 1.2. Конструкция «паянного» стеклопакета

В 1950 г. впервые были изготовлены «клеёные» [3] стеклопакеты с эластичным уплотнением (рис. 1.3). В качестве дистанционной рамки, соединённой со стёклами при помощи полисульфидного герметика ТЫоко1, была использована алюминиевая пустотелая рейка, заполненная осушительным реагентом. За счёт этого был исключен технологический процесс заполнения камеры осушенным воздухом — стеклопакет герметизировался в помещении с нормальной влажностью, после чего внутренний воздух самостоятельно осушался адсорбентом, находящимся в полости рейки, через специальные отверстия.

Общепризнанной датой рождения современного стеклопакета с

двойным контуром герметизации считаются 1970- е годы XX столетия,

когда энергетический кризис поставил европейцев перед необходимостью

резкого снижения энергозатрат на отопление зданий. Очевидно, что это

могло быть сделано, в первую очередь за счёт совершенствования

11

светопрозрачных конструкций, повышения их теплозащитных качеств и показателей эксплуатационной надёжности [27-29]. На сегодняшний день доля стеклопакетов с двойным контуром герметизации составляет около 90% всего мирового производства стеклопакетов. В стеклопакете такого типа используется металлическая (чаще всего — алюминиевая) полая рамка-спейсер (от англ. — spacer), заполненная адсорбентом — молекулярным ситом.

"I__2 — днстаициониая рам ка

____3 — легидракжшныс отверстия в ралгас

4 — стекло

5 — (Ч'тиловиЯ гермстин, наносимый истодом пугачей э*ст|:узни

Рис. 1.3. Конструкция «клееного» стеклопакета

Герметизация первого уровня находится между дистанционной рамкой и стеклом и выполняет основную функцию изолирования внутреннего межстекольного пространства [32]. Очевидно, что при использовании металлических дистанционных рамок, на протяжении всего периода эксплуатации стеклопакета, температурные деформации стёкол и рамки различны. Это, в свою очередь, вызывает напряжения в краевой зоне стеклопакета, которые компенсируются в первом слое герметизации. Таким образом, герметик первого уровня должен обладать необходимыми свойствами пластичности из условия не нарушения герметичности сопряжения стекла и металлического спейсера по всему контуру. Герметик не должен попадать внутрь камеры стеклопакета, в том числе в местах угловых соединений. В качестве герметиков первого слоя обычно применяют полиизобутиленовые герметики (бутилы), существенным недостатком которых является низкая устойчивость к воздействию УФ излучения, что

12

определяет необходимость защиты краевой зоны стеклопакета от действия прямой солнечной радиации.

Основное назначение второго герметизирующего слоя, в котором, как правило, применяют полисульфидные (тиоколовые), полиуретаиовые или силиконовые герметики заключается в удержании геометрии стеклопакета [4]. Второй уровень герметизации, таким образом, обеспечивает соединение стёкол в единую пространственно жёсткую конструкцию, а его прочностные и адгезионные свойства определяют показатели геометрической неизменяемости пакета. Для компенсации циклических растягивающих напряжений в краевой зоне, вызываемых климатическими нагрузками, герметик второго уровня, должен одновременно обладать высоким модулем упругости и пластичностью для восприятия растягивающих усилий. В современных зарубежных источниках стеклопакет обозначается термином «insulating glass unit» или «IGU» (англ.) — изолированное стеклянное изделие [40]. Согласно определению европейского стандарта EN 1279, «стеклопакет представляет собой изделие, состоящее минимум из двух листов стекла, разделенных одной или более дистанционной рамкой, герметично скреплённых по периметру, механически устойчивое и прочное». «Применительно к вопросам эксплуатации, стеклопакет является строительным изделием, предполагающим 100% заводскую готовность, и таким образом, неремонтопригодным на строительном объекте. Соответственно, в случае выхода из строя хотя бы одного из образующих стёкол или разгерметизации краевой зоны, изделие полностью подлежит демонтажу и замене. Стеклопакеты классифицируются по количеству воздушных камер на однокамерные (два стекла) и двухкамерные (три стекла) (см. рис. 1.4). В зависимости от архитектурных и функциональных требований в стеклопакетах в самых различных комбинациях могут применяться различные стёкла (многослойные, отражающие, закалённые и др.). Для повышения теплозащитных характеристик стеклопакета пространство между стёклами может заполняться инертным газом (Аг; Кг

13

или смесью газов). В технической документации и специализированной литературе, поверхности стёкол стеклопакета обычно нумеруются позициями от 1 до 4 от наружной поверхности внутрь (рис. 1.4)» [1].

Рис. 1.4. а — стекло; И — толщина стеклопакета; Ис — расстояние между стеклами; с — глубина герметизирующего слоя; цифрами 1-6 пронумерованы поверхности стекол, начиная с наружной

лсют рационные отперстия

адсорбент

лнеташиюниам piiwK.ii

герма ик второго уровня

пол,тушнаи камера

гсрмстих первого уровня

В обозначении стеклопакета должны быть указаны: тип каждого из стекол, толщина стекол, ширина рамки-спейсера, количество камер, тип газового заполнения.

Согласно ГОСТ 24866-99 «Стеклопакеты клееные строительного назначения» применяется следующая основная маркировка:

М Листовое стекло с марками: МО, М1, М2, МЗ, М4. Цифрами обозначена группа качества, где МО - самое высокое.

К (к) Стекло с «твердым» покрытием

и(0 Стекло с «мягким» покрытием

Для газов, заполняющих межстекольное пространство

Воздух Пробел по умолчанию

Аг Аргон

Кг Криптон

8Р6 Гексафторид серы (элегаз)

Маркировка стеклопакетов согласно ГОСТ 24866-99: «Пример условного обозначения однокамерного стеклопакета, состоящего из двух листовых стекол толщиной 4 мм марки М1 по ГОСТ 111, с расстоянием между стеклами 16 мм, заполненного аргоном, высотой 1500 мм, шириной 800 мм, толщиной 24 мм, общестроительного назначения: Стеклопакет СПО 4М1-16Аг-4М1 1500x800x24 ГОСТ 24866-99. То же, двухкамерного стеклопакета, состоящего из трех листовых стекол толщиной 4 мм марки М1 с расстоянием между стеклами 12 мм, заполненного воздухом, высотой 1500 мм, шириной 800 мм, толщиной 36 мм, общестроительного назначения:

Стеклопакет СПД 4М1-12-4М1-12-4М1 1500x800x36ГОСТ24866-99.» Каждый производитель стекла имеет собственное обозначение торговых марок, наряду с маркировками согласно действующим нормативным документам, как правило, указываемое перед маркировкой ГОСТ.

1.2. Обоснование задач исследования

С возникновением принципа герметичной конструкции стеклопакета, как в любом герметичном объеме газа, встала проблема надежности работы под воздействием перепада температур и атмосферного давления (климатической нагрузки). Среди инженеров распространена точка зрения, что деформации стекол, возникающие вследствие климатической нагрузки, неизбежны, а величина деформаций имеет второстепенное значение, т.к. принципиально не влияет на работу стеклопакета как ограждающей конструкции.

Деформации стекол стеклопакетов от действия климатической нагрузки вызывает ряд проблем с пакетным остеклением:

1. Ограничение срока службы стеклопакета (выход из строя герметика);

2. Разрушение стекол стеклопакетов от действия климатической нагрузки;

3. Безопасность структурного остекления (отделение внешнего стекла стеклопакета);

4. Прогибы стекол в ряде случаев нарушают архитектурный вид здания.

Данные проблемы можно разделить на две категории: инженерная и архитектурная.

В европейских нормативных документах (ЕЫ 1279, 13474) не оговариваются указанные следствия климатической нагрузки, но приводятся необходимые данные для расчета величины нагрузки на стекло, оставляя возможность различных принципов дальнейшего проектирования стеклопакетов. Расчеты стеклопакета на разрушение стекол сопряжены с проблемой малой изученности стекла как материала. На сегодняшний день существует несколько методов расчета стекла, и исследования в данной области продолжаются.

В этой связи предлагается рассчитывать и проектировать стеклопакеты по максимальным деформациям стекол. Проектирование стеклопакетов по допустимым прогибам стекол позволит решать описанные проблемы стеклопакетов, связанные с климатической нагрузкой.

1.2.1. Инженерная задача расчета климатической нагрузки

Деформативность стеклопакета под климатической нагрузкой в основном определяет срок службы стеклопакета: сезонные и суточные температурные перепады, а также колебание атмосферного давления воздействуют циклически. Постоянные знакопеременные циклические прогибы стекол связаны с деформациями краевого герметика и приводят возникновению микротрещин герметика в краевой зоне стеклопакета и последующему разрушению герметизирующего контура, разгерметизации стеклопакета и выхода его из строя. Снижение относительных деформаций стекол приведет к снижению угла поворота пластины по периметру закрепления. Краевой герметик будет менее подвержен деформациям, что снизит вероятность проникновения влаги внутрь пакета и увеличит срок его службы.

Возможно разрушение стеклопакетов от действия сочетания климатической и ветровой нагрузок. Некоторое сочетание климатических условий (температуры, давления) совместно с пульсирующей ветровой нагрузкой может создать такое напряженно-деформированное состояние, при котором велика вероятность разрушения стекол стеклопакета [31]. Разрушение стеклопакета только лишь от действия климатической нагрузки маловероятно, но возможно при определенной конфигурации конструкции стеклопакета и величины климатической нагрузки. Очевидно, что расчет по максимально допустимым деформациям стекол предъявляет повышенные требования к конструкции стеклопакета относительно расчета на разрушение стекол.

Особенность структурного остекления состоит в том, что стеклопакет закрепляется в раме не штапиками и т.п., а приклеивается по периметру к несущей раме специальным силиконовым клеем-герметиком. В европейской практике учет климатических нагрузок является важнейшим фактором при расчете несущей способности структурного клея-герметика. Аналогично действию ветрового отсоса, повышенное внутреннее давление может разрушить клееное соединение, что приведет к отрыву наружного стекла стеклопакета и катастрофе. В европейских нормах (ЕЙ 13022) требования к структурному герметику предъявляются с учетом и ветровой и климатической нагрузок.

В отличие от расчета стекла на разрушение, при расчете прогибов стекол корректно использовать классические теории сопромата и линейные зависимости типа «нагрузка-прогиб».

1.2.2. Архитектурная задача расчета климатической нагрузки

Возникла архитектурная задача нарушения внешнего облика зданий, остекленных стеклопакетами, по причине деформаций стекол и возникновению оптических искажений на фасадной плоскости. Визуально это может наблюдаться практически повсеместно как выгнутые или вогнутые стекла.

В 20-м веке архитектором Людвигом Мисом ван дер Роэ была сформулирована новая философия и архитектура прозрачного дома, основанная на идее единения человека с природой. Выразительный архитектурный прием применения светопрозрачных стен стал отличительной чертой новых элитных зданий, и сегодня часто применяется для строительства как общественных, так и жилых зданий.

Архитектура зданий со светопрозрачными стенами является основоположной многих архитектурных течений, самым известным из которых является т.н. «международный» стиль. Примерами его применения является множество «классических небоскребов» (рис. 1.5) - высотных

18

каркасных зданий со светопрозрачными ограждающими стенами. Главной архитектурной идеей таких зданий является компенсация большого объема за счет отражений фасада [37-39]. Обычно для усиления данного эффекта применяется окрашенное в массе стекло голубоватых оттенков. Отличительной чертой классических чикагских и нью-йоркских небоскребов является простота геометрических форм, универсальная абстрактная форма. Инструментом реализации подобных задач служат стеклянные фасады, в которых отдельные стекла сливаются в единую стеклянную гладь, создавая плоскую поверхность.

Рис. 1.5. а) здание Trump World Tower, Нью-Йорк, б) 7 World Trade Center,

Нью-Йорк, США

Для минимизирования видимой толщины рамы и несущих конструкций

элементов светопрозрачного фасада впоследствии был создан новый вид

остекления - стуктурный. Особенность данного вида остекления заключается

в способе крепления светопрозрачных элементов к несущей раме:

собственный вес стекол и стеклопакетов опиранием передается на опорную

19

раму, а в направлении нормали к плоскости закрепление происходит через клеевое присоединение стекла или стеклопакета к несущей раме только с внутренней стороны. Внешне фасад, выполненный по технологии структурного остекления, представляет собой сплошные листы стекла, соединенные между собой с минимальным расстоянием. Это дает возможность создавать сплошные стеклянные фасады зданий, где визуально стекла не разделаются между собой несущими рамами.

При строительстве классических небоскребов уровень инженерных технологий в области остекления был очень низким - выполнение светопрозрачных фасадов осуществлялось т.н. одинарным остеклением (в одно стекло). Разумеется, такие здания оказывались непригодными для длительного пребывания. С исследованием и развитием технологий светопрозрачных конструкций стало возможным возведение прозрачных стен, соответствующих современным требованиям. Существующий клееный стеклопакет позволил решить данные инженерные проблемы стеклянных зданий, однако возникли новые - архитектурные. Фасады стеклянных зданий в натуре выглядят как волнообразная поверхность, где каждый отдельный стеклопакет линзообразно деформирован. В результате на фасаде наблюдаются оптически искаженные отражения. Здание становится эстетически непривлекательным (см. рис. 1.6 справа).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Стратий, Павел Васильевич, 2013 год

6. Список использованной литературы

1. Борискина И.В., Шуров А.Н., Плотников A.A. Окна для индивидуального строительства. Техническое руководство по проектированию современных окон из ПВХ для объектов коттеджного строительства и зданий малоэтажной застройки. М. 2010 г. - 320 с.

2. Бондарев К.Т. Стекло в строительстве. Киев.: Будивельник, 1969. - 345 с.

3. Клиндт JL, Кляйн В. Стекло в строительстве. Свойства. Применение. Расчеты. Пер. с нем. Глазунова П.И., Гусевой Т.Ф., Липкинда З.А. Под ред. Трохимовской И.П., Шехтера Ф.Л. М.: Стройиздат, 1981. - 287 с.

4. Александров Ю.П., Гликин С.М., Дроздов В.А., Тарасов В.П. Конструкции с применением стеклопакетов. М.: Стройиздат, 1978. — 193 с.

5. Борискина И.В., Шведов Н.В., Захаров A.B. Современные светопрозрачные конструкции гражданских зданий. Справочник проектировщика, С.-П.: НИУПЦ «МИО», 2005 г. -319 с.

6. Detail. Review of Architecture and Construction Detail - Steel Construction. Vol 2007/5. 512 p.

7. Борискина И.В., Плотников A.A., Захаров A.B., Щуров А.Н., Константинов А.П., Стратий П.В., Дербина С.Н., Киселева И.И.Здания и сооружения со светопрозрачными фасадами и кровлями. С.-П.: «Любавич». 2012 г. - 396 с.

8. Wurm Jan. Glas Structures. Basel-Boston-Berlin. Birkhaeser.2007. - 242 c.

9. Huveners E.M.P., F. van Herwijnen, Soetens F. Load Sharing in Insulated Double Glass Units.

10. Schittich C., Staib G., Balkow D., Schüler M., Sobek W.. Glass construction manual. Birkhausen 1999 y. 328 p.

11. Ильинский B.M. Строительная«теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий). М.: Высшая школа. 1974. - 320 с.

12. Александров A.B., Лащеников Б.Я., Державин Б.П., Краснов М.И., Потапов В.Д., Федорков Г.В., Тарасов В.П.. Статический расчет стеклопакета как герметично замкнутой конструкции. Сборник трудов ЦНИИПромзданий Совершенствование светопрозрачных конструкций промышленных зданий. 1973 г. 73 - 86 с.

13. СН 481-75. Инструкция по проектированию, монтажу и эксплуатации стеклопакетов. 1975 г.

14. Романов A.A., Тарасов В.П. Теоретические и экспериментальные исследования прочности стеклопакетов. Сборник трудов ЦНИИПромзданий №42. 1978 г. 66 - 79 с.

15. Борискина И.В., Плотников A.A., Захаров A.B. Проектирование современных оконных систем гражданских зданий: Учебное пособие. СП.: Выбор, 2008 г.-360 с.

16. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. 2-е издание. М.: Наука. 1966 г. 636 с.

17. Под общей редакцией В.И. Трофимова, П.Г. Еремеева. Мембранные конструкции зданий и сооружений. Справочное пособие. 4.1. М.: Стройиздат. 1990 г. 450 с.

18. Вольмир A.C.. Гибкие пластинки и оболочки. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы. 1956 г. 420 с.

19. Буравченко С. Тенденции развития стеклянной архитектуры // XXI век. Журнал OKNA.BZ. №20 2008-03-15.

20. Шильд Е., Х.-Ф. Кассельман, Г. Дамен, Р. Поленц. Строительная физика. Перевод с немецкого В.Г. Бердичевского. М. Стройиздат. 1982 г. 297 с.

21. Феодосьев В.И.. Сопротивление материалов. 10 изд. Учеб. для ВУЗов. М.: МГТУ им. Баумана. 1999г. 592 стр.

22. Huveners Е.М.Р., F. van Herwijnen, F.Soetens en H.Hofmeyer. Load Sharing in Insulated Double Glass Units. Department of Architecture, Building and Planning, Structural Design Group, TU Eindhoven. Heron, Volume 52 issue 1/2 Special issue: structural glass. 2007.

23. Гроховский В.А.. Стеклопакеты, их преимущества, применение и технология производства. Техническая информация. ЦНИИГОССТРОЙ. М. 1965 г. 35 с.

24. Мадаминов М.Ф., Стебакова И.Я., Ярокер Х.Г.. Применение стеклопакетов в строительстве. ГОССТРОЙ СССР ЦНИНИС по строительству и архитектуре. М. 1975 г. 15 с.

25. Pilkington NSG Group Glass Business. Влияние изменения атмосферного давления и температуры на стеклопакеты. Технический бюллетень ТВООЗ.

26. F. van Herwijnen, H. Hofmeyer, В. Koggel. The behaviour of flexible constrained glass panes subjected to temperature loads. Department of Architecture, Building and Planning, Structural Design Groep, TU Eindhoven. Glass Performance Days. 2007.

27. Koebel M. M., Manz H., Mayerhofer К. E., Keller В., Service-life limitations in vacuum glazing: A transient pressure balance model, Solar Energy Materials and Solar Cells, 94[6], 1015-1024, 2010.

28. Arasteh D., Selkowitz S., and J. Wolfe, The design and testing of a highly insulating glazing system for use with conventional window systems, Journal of Solar Energy Engineering, 111, 44-53, 1989.

29. Collins R. E., Simko T. M., Current status of the science and technology of vacuum glazing, Solar Energy, 62[3], 189-213, 1998.

30. Lisec. Thin glass technology for insulating glass production. GlassOnWeb. November, 2011.

31. Солнцев C.C., Морозов E.M. Разрушение стекла. 2-ое издание. M.: ЛКИ. 2008. 152 с.

32. Техническое руководство AGC. YourGlassPocket.

33. Бубнов И.Г.. Труды по теории пластин. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1953. 432 с.

34. Трофимов В.И., Еремеев П.Г. Мембранные конструкции зданий и сооружений. Справочное пособие ч. 1. ЦНИИСК им. Кучеренко. М.: Стройиздат. 1990 г. 450 с.

35. Bohmann D. SJ MEPLA Theory Manual, v 3.5. SJ Software GmbH Aachen. January 2011.

36. Bohmann D.. Ein numerisches Verfahren zur Berechnung von Verbundglasscheiben. Shaker Verlag Aachen, Dissertation, Schriftenreihe -Stahlbau, RWTH Aachen, Heft 43, 1999.

37. Gestalten mit Glass. Interpane glass industrie AG. 1999.

38. Hasan-Uddin Khan. International Style. Modernist Architecture from 1925 to 1965. Tashen. 2001.

39. Vandenberg M.. Architecture in detail. Farnsworth House, Ludwig Mies van der Rohe. Phaidon Press Inc. 2005.

40. Chen Wai-Fah, M.Lui E. Handbook of structural engineering. CRC Press. Ch. 29. Glass structures. A.K.W. So, A. Lee, Siu-Lai Chan. 2005.

41. Weibull W.A.. Statistical theory of the strength of materials. Royal Swedish Institute for Engineering Research. Stockholm. Sweden. 1939.

42. Sedlacek G., Blank K., Laufs W., Güsgen J.. Glas im konstruktiven Ingenieurbau. Emst&Sohn. 1999.

43. Bohmann D.. SJ MEPLA Ein Statik-Programm zur Dimensionierung und Berechnung von mehrschichtigen Platten (Sandwich-Systeme), Seminar, LGA Würzburg, 2001.

44. Schneider J., Bohmann D.. Glasscheiben unter Stoßbelastung, Experimentelle und theoretische Untersuchungen für absturzsichernde Verglasungen bei weichem Stoß, Bauingenieur, Springer Verlag, Band 77, Dez 2002.

45. Albrecht N.. Lastabtragungsmechanismen im Lochbereich punktgestützter Glastafeln, Dissertation, Bauingenieur-, Geo- und Umweltwissenschaften der Universität Fridericiana zu Karlsruhe (TH) 2004.

46. Brendler S., Haufe A., Th. Ummenhofer. Absturzsichernde monolithische Verglasung und Mehrscheiben-Isolierverglasung unter stoßartiger Beanspruchung: Rechnerischer Nachweis der Tragfähigkeit durch numerische Simulation des Pendelschlagversuches, Bauingenieur, Springer VDI Verlag, Band 80. März 2005.

47. Дроздов B.A., Тарасов В.П.. Конструкция окон с остеклением клееными пакетами и переплетами из полимерных материалов. В кн.: Совершенствование светопрозрачных ограждений промышленных зданий. Тр. ЦНИИПромзданий. Вып. 16. М., 1970.

48. Никитин Н.В., Травуш В.И. Расчет герметичных стеклопакетов. Строительная механика и расчет сооружений. № 4. М., Стройиздат, 1970.

49. Дроздов В.А., Гликин С.М., Тарасов В.П.. Стеклопакет. Опубл. Б. И. №01, кл. 32а. МПК С 03в 23/24. 1972.

50. Под редакцией Дроздова В.А. Светопрозрачные ограждающие конструкции промышленных зданий. М.: Стройиздат. 1967.

51. Gjelsvik Т. Humidity in the dehydrated air space or sealed glazing units. "Report" #48. Norwegian Building Research Institute. Oslo. 1967.

52. Hindrichs Dirk U., Heusler W. Facades - Building envelops for the 21st Century. Издание второе, дополненное. Изд. Birkhauser - Publishers for Architecture.

53. ГОСТ 24866-99 СТЕКЛОПАКЕТЫ КЛЕЕНЫЕ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Технические условия. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СТЕКЛОПАКЕТЫ КЛЕЕНЫЕ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

54. ГОСТ 111-2001 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СТЕКЛО ЛИСТОВОЕ Технические условия.

55. ГОСТ 30698-2000 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СТЕКЛО ЗАКАЛЕННОЕ СТРОИТЕЛЬНОЕ Технические условия.

56. ГОСТ 30826-2001 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СТЕКЛО МНОГОСЛОЙНОЕ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Технические условия.

57. ГОСТ Р 51136-2008 СТЕКЛА ЗАЩИТНЫЕ МНОГОСЛОЙНЫЕ ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ.

58. ГОСТ 21992-83 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЮЗА ССР СТАНДАРТ СТЕКЛО СТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОФИЛЬНОЕ Технические условия.

59. ГОСТ 5533-86 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЮЗА ССР СТАНДАРТ СТЕКЛО ЛИСТОВОЕ УЗОРЧАТОЕ Технические условия.

60. ГОСТ 7481-78 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР СТЕКЛО АРМИРОВАННОЕ ЛИСТОВОЕ Технические условия.

61. ГОСТ 23166-99 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ БЛОКИ ОКОННЫЕ Общие технические условия.

62. ГОСТ 7481-78 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР СТЕКЛО АРМИРОВАННОЕ ЛИСТОВОЕ Технические условия.

63. ГОСТ 25535-82 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ИЗДЕЛИЯ ИЗ СТЕКЛА МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ.

64. ГОСТ 30674 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ БЛОКИ ОКОННЫЕ ИЗ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ ПРОФИЛЕЙ Технические условия.

65. ГОСТ 30733-2000 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СТЕКЛО С НИЗКОЭМИССИОННЫМ ТВЕРДЫМ ПОКРЫТИЕМ Технические условия.

66. ГОСТ 31364-2007 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СТЕКЛО С НИЗКОЭМИССИОННЫМ МЯГКИМ ПОКРЫТИЕМ Технические условия.

67. ГОСТ 30779-2001 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СТЕКЛОПАКЕТЫ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ. Метод

68

69

70

71

72

73

74

75,

76

77,

78,

79,

80.

81,

82,

определения сопротивления атмосферным воздействиям и оценки долговечности.

ГОСТ Р 53308-2009 Конструкции строительные. СВЕТОПРОЗРАЧНЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ И ЗАПОЛНЕНИЯ ПРОЕМОВ. Метод испытаний на огнестойкость.

СТ СЭВ 2439-80 ИЗДЕЛИЯ ИЗ СТЕКЛА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА Термины и определения.

ГОСТ 26883-86 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ВНЕШНИЕ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ ФАКТОРЫ. Термины и определения.

ГОСТ 4295-80 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ЯЩИКИ ДОЩАТЫЕ ДЛЯ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА. Технические условия. ГОСТ Р 50.1.033-2001 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ Прикладная статистика. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим. Часть I.

ГОСТ Р 50.1.037-2002. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим. Часть II.

СНиП 23-01-99* СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ.

СНиП 2-01-07-85 НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ.

СНиП 23-02-2003 ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ.

ASTM С 162 1989Е. Standard terminology of glass and glass products.

EN 572 1 2004E. Glass in building - Basic soda lime silicate glass products.

Parts 1 - 9.

JIS R 3202 Float Glass and Polished Plate Glass.

EN 1096-1 1998E. Glass in building - Coated glass - Parts 1 - 4.

ISO DIS 11479-1 2009E Glass in building - Coated Glass.

EN ISO 12543 1 1998E. Glass in building - Laminated glass and laminated

safety glass.

83. EN 356 1999E. Glass in building - Security glazing.

84. EN 1279 1 2004E. Glass in building - insulating glass units.

85. ISO 20492-1 - 2008E. Glass in buildings - Insulating glass.

86. prEN 13022 1 1997E. Glass in building - Structural sealant glazing.

87. prEN 13474 1 1999E. Design of glass panes.

88. prEN 13474 3 2009E. Determination of the strength of glass panes.

89. EN 1991-1-1 2002E. Eurocode 1 Actions on structures - Part 1-1 General actions - Densities, self-weight, imposed loads for buildings.

90. prEN 1991-1-5 2003E. Eurocode 1 Actions on structures - Part 1-5 General actions - Thermal actions.

91. EN 12337 1 2000E. Glass in building - Chemically strengthened soda lime silicate glass - Part 1 Definition and description.

92. EN 1863 1 2000E. Heat strengthened soda lime silicate glass - Part 1 Definition and description.

93. EN 12150-1 2000E. Glass in building - Thermally toughened soda lime silicate safety glass - Part 1 Definition and description.

94. ISO 16932 - 2007E. Glass in building - Destructive-windstorm-resistant security glazing - Test and classification.

95. ISO DIS 1288-1 2001E. Glazing in building - Determination of the bending strength of glass.

96. Бут Э.Д. Численные методы. Пособие. М.: Государственное издательство физико-математической литературы. 240 с.

97. Кузнецов И.Н. Научные работы: методика подготовки и оформления. Минск, 2000.

98. Рузавин Г.И. Методология научного исследования. -М.: ЮНИТИ, 1999.

99. Кузин Ф.В. Подготовка и написание диссертации. - М., 1998. - 282 с.

100. Наймушин А.И., Наймушин А.А. Технология деятельности. Учебное пособие в 3 частях. Уфа. ЮНИТИ. 1999. - 460 с.

101. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Статистический анализ данных на компьютерах/Под. ред. Фигурнова В.Э. -М.: ИНФРА-М, 1998.

102. Сабитов P.A. Основы научных исследований: Учеб. пособие / Челяб. гос. ун-т. Челябинск, 2002. 138 с.