Transparentné fasády predstavujú pomerne rozšírený trend v moderných obvodových plášťoch polyfunkčných alebo administratívnych objektov. Sú kľúčovým prvkom súčasnej architektúry, pretože ponúkajú estetickú ľahkosť a funkčnosť. Pri výbere konštrukcie si treba uvedomiť, že fasádny systém je súčasťou komplexného obalového plášťa konkrétnej budovy spolu s jej celkovou energetickou náročnosťou (energetickou bilanciou), ktorá má vyhovovať požiadavkám na zdravé a „inteligentné“ bývanie. To si vyžaduje skúseného projektanta, a nielen čiastkové konštrukčné riešenia smerujúce často k „lokálnym“ poruchám.
Prvotným kritériom pri výbere fasádnej konštrukcie je požiadavka architekta na jej vzhľad, materiálové či profilové riešenie systému, prechod tepla, akustiku, hygienu, protipožiarnu ochranu, ako aj na nemenej dôležité kritérium - cenu. Netreba zabúdať, že primárnou funkciou systému je presvetlenie interiéru budovy denným svetlom. Fasádne systémy možno rozdeliť aj podľa profilového systému alebo materiálu, a to na hliníkové, oceľové a PVC.
Základné Komponenty Transparentných Fasád: Sklené Systémy
Základnou časťou fasádnych systémov sú transparentné výplne - sklá. Fasádne systémy sa skladajú najmä z nosného rámu a transparentnej alebo translucentnej výplne. Nosný rám tvorí asi 10 % a výplň približne 90 % plochy. Na tento účel sa používajú ploché sklá, ktoré sú spracované do izolačného dvoj- či viacvrstvového skleného systému. Sklá sú hrubé 4 až 6 mm, vzdialenosť medzi nimi je 8 až 24 mm a možno ich doplniť ochranou proti slnečnému žiareniu zafarbením alebo pokovovaním. Izolačné sklá sú vyplnené zmesou inertných plynov - argónom alebo kryptónom.
Tepelná ochrana a energetická účinnosť
Použité zasklenie je rozhodujúcim faktorom z hľadiska tepelnej ochrany budovy (straty i zisky). Táto vlastnosť sa opisuje súčiniteľom prechodu tepla Ug (W/(m2 . K)). Čím nižšia je hodnota súčiniteľa, tým má konštrukcia lepšie tepelnoizolačné vlastnosti. Výsledná hodnota súčiniteľa prechodu tepla sa určí podľa normy STN EN ISO 10077-1. Požiadavky na tepelnú ochranu budov transparentnými výplňami možno splniť použitím nízkoemisného skleného systému. Vnútorný povrch niektorej tabule skla v uzavretej dutine je upravený pokovovaním, čo znižuje emisivitu vo vzťahu k tepelnému infračervenému žiareniu a vytvára pri šírení tepla v priestore medzi sklami tzv. tepelné zrkadlo. Obdobný efekt sa dosahuje aj pri použití fólie - tzv. systém „heat mirror“.
Kritickým miestom skleného systému je styk tabúľ skla s dištančným profilom (hliníkovým), ktorý je tepelne a zvukovo vodivý. V mieste tohto styku vzniká tepelný, ale aj akustický most. Preto treba tento detail riešiť v iných materiálových variantoch (antikoro, plast, polyamid, guma), prípadne profil hlbšie zasunúť do zasklievacej drážky.
Akustická, protipožiarna a bezpečnostná funkcia
Sklené systémy izolačnej jednotky môžu mať aj doplňujúce funkcie, ako napr. akustickú, protipožiarnu, bezpečnostnú alebo dekoratívnu. Jednou zo základných funkcií transparentných výplní je chrániť vnútorné priestory pred hlukom z vonkajšieho prostredia, najmä z dopravy. Preto musí sklený systém svojimi vlastnosťami zásadne ovplyvňovať akustickú kvalitu chráneného priestoru. Na prienik hluku vplývajú tieto parametre: hrúbka, hmotnosť, pružnosť a vzdialenosť skiel, v menšej miere ostatné parametre (plocha, uhol dopadu). Lepšie zvukovoizolačné vlastnosti sklených systémov možno dosiahnuť kombináciou rôznych hrúbok tabúľ skla, čím sa zabráni prenosu zvukových vĺn a javu rezonancie.
Protipožiarne vlastnosti fasádnych systémov závisia taktiež od typu zasklenia a jeho uloženia. Sklo musí spĺňať kritérium celistvosti - nesmie sa zdeformovať, prepúšťať plamene či dym a musí obmedziť prenos tepla. Ide o „pasívne“ sklené systémy, ktoré ochraňujú a ohraničujú priestor. Na tento účel sa používajú vrstvené sklá vyrobené plošným spojením dvoch alebo viacerých vrstiev číreho, reflexného, farebného či ornamentového skla s jednou alebo viacerými vrstvami polyvinylbutyralovej čírej, farebnej alebo nepriehľadnej fólie. Pri rozbití tohto skla zostanú črepiny na fólii, čím sa vylúči zranenie osôb. Takýto sendvič zabraňuje aj prieniku projektilu, treba však za ním vo vzdialenosti asi 50 mm upevniť ďalšiu tabuľu dvojvrstvového skla z dôvodu možného zranenia črepinami, ktoré sa uvoľnia zo zadnej strany.
Technológie Kotvenia a Podporných Konštrukcií
Základom väčšiny vetraných fasád je nosný rošt. Montuje sa k nosnej konštrukciu zvislo či vodorovne. Obvykle sa používa hliníkový rošt, možno použiť ale aj napr. rošt drevený, ktorý možno urobiť dvojito krížom cez seba, alebo v prípade halových objektov je rošt pevnou súčasťou obvodového plášťa. Obklady obvodových plášťov budov z kovu alebo dreva sa z architektonických dôvodov mnohokrát navrhujú s otvorenými škárami. Fasáda je potom štruktúrovaná a nepôsobí plocho.
Príprava a izolácia fasády
Skelet sa zateplil fasádnou tepelnou izoláciou z minerálnej vlny s hrúbkou 200 až 300 mm (v závislosti od miesta použitia). Na tepelnú izoláciu sa aplikovala difúzna hydroizolačná fólia, ktorá chráni minerálnu vlnu pred vlhkosťou. Izolácia by mala byť vždy o niečo širšia ako je samotný rošt, zvyčajne by mala byť o cca 1 cm širšia. V prípade dodatočného kotvenia pevnejších dosiek stačí o 0,5 cm väčšia. Takto správne vložená doska sa v rošte roztiahne a izoláciu nie je nutné lepiť k stene, prípadne sa kotví. Vo zvislom a niekedy aj vo vodorovnom rošte je nutné dosky tepelnej izolácie kotviť. Použitie difúznych fólií na tepelnú izoláciu je odporúčané pri prevetraných stenách, kde vrchný plášť fasády nie je celistvý a hrozí zafúkanie vody či snehu do priestoru vetranej medzery. Vetraná medzera by mala mať minimálnu šírku 2 cm, odporúčané sú ale 4 cm. Dôležitou súčasťou vetranej medzery sú tiež inštalácie ochrannej mriežky pri nasávacom a výstupnom otvore.
Vodotesná vrstva špeciálnej textílie a dlhodobá UV odolnosť zabezpečujú spoľahlivú ochranu tepelnej izolácie z vonkajšej strany. Hodnota Sd len 0,02 m umožňuje odparenie prípadnej vlhkosti z konštrukcie. Pri výbere zohrala svoju úlohu aj vysoká UV odolnosť a vysoká pevnosť fólie. Primárnou funkciou pásky bolo vyriešenie detailov v spojoch fólie, ich zabezpečenie proti vnikaniu dažďa, prípadne snehu, a napojenie na kotvy prestupujúce cez fasádnu fóliu. Sekundárnou funkciou bolo zabezpečenie vetrotesnej obálky budovy a tým zníženie energetických strát. Štruktúrovaná rohož s difúznou fóliou zaisťuje neustály pohyb vzduchu na rubovej strane plechových pásov. Nopová štruktúra z tenkých vláken spoľahlivo odvádza vlhkosť, plech je uložený mäkko a voda sa nezdržiava pod plechom. Detail pod parapetom hliníkového okna sa zabezpečil pomocou štruktúrovanej rohože, ktorá sa kladie nopovou štruktúrou vždy hore.
Kotvenie panelov na drevenú podpornú konštrukciu
Drevená podporná konštrukcia musí byť navrhnutá a vyrobená v súlade s národnými normami. Pri aplikáciách, ktoré nevyžadujú štrukturálnu analýzu, by mali byť rozmery drevených konštrukcií minimálne 60 x 40 mm pre podkladové horizontálne prvky, minimálne 50 x 30 mm pre podporné vertikálne prvky a 100 x 30 mm pre podporné vertikálne prvky v oblastiach spájania panelov. Drevená podporná konštrukcia by mala byť chránená pred vlhkosťou a UV žiarením. Pre umožnenie dilatácie laminátového materiálu HPL musia byť na paneloch pre účely montáže vytvorené pevné a posuvné body. Pevné body sa používajú na rovnomerné rozdelenie rozťažných a sťahovacích pohybov.
Priemer otvoru v laminátových HPL paneloch musí byť väčší než priemer upevňovacieho prvku v závislosti od požadovanej expanznej vzdialenosti od pevného bodu. Skrutky nesmú byť nadmerne utiahnuté. Nepoužívajte zápustné skrutky. Z dôvodu stability a rovinnosti je nutné jednoznačne dodržať okrajové rozstupy pri kotvení. Vzdialenosť v oblasti spájania panelov musí byť najmenej 8 mm, aby mohol materiál bez problémov meniť rozmery (dilatovať). Na kotvenie laminátových HPL panelov sa používajú skrutky s polguľovou alebo 6-hrannou hlavou priemeru 5,3 mm a dĺžky 35 mm. Skrutky musia mať driek, ktorý má dĺžku minimálne takú, ako je hrúbka HPL panela.
Kotvenie panelov na hliníkovú podpornú konštrukciu
Hliníková podporná konštrukcia musí byť vyrobená a navrhnutá v súlade s národnými normami a musí byť namontovaná v súlade s technickými údajmi výrobcu pre danú podpornú konštrukciu. Kovové podporné konštrukcie menia svoje rozmery na základe teplotných zmien. Rozmery laminátových panelov HPL sa však menia pod vplyvom zmien relatívnej vlhkosti. Počas inštalácie musíme venovať pozornosť expanznej vzdialenosti. Na paneloch pre účely montáže musia byť vytvorené pevné a posuvné body. Pevné body sa používajú na rovnomerné rozdelenie rozťažných a sťahovacích pohybov. Priemer otvoru v laminátových HPL paneloch musí byť väčší než priemer upevňovacieho prvku v závislosti od požadovanej expanznej vzdialenosti od pevného bodu.
Nitovacie otvory v podpornej konštrukcii sa musia zhodovať s centrálnym bodom vŕtaného otvoru v laminátových HPL paneloch. Týmto sa dosiahne vzdialenosť medzi hlavou nitu a povrchom panelu približne 0,3 mm, čo umožňuje pohyb prvku vo vŕtanom otvore. Z dôvodu stability a rovinnosti je nutné jednoznačne dodržať okrajové rozstupy pri kotvení. Vzdialenosť v oblasti spájania panelov musí byť najmenej 8 mm, aby mohol materiál bez problémov meniť rozmery (dilatovať). Na kotvenie laminátových HPL panelov sa používajú nity s veľkou, v prípade potreby aj farebne lakovanou hlavou.
Skryté kotvenie pre čistý vzhľad
Princíp systému skrytého kotvenia spočíva v zafixovaní hliníkových elementov pomocou rozperných kotiev do zadnej strany laminátových HPL panelov. Týmto systémom kotvenia dosiahneme čistú uzavretú fasádu bez viditeľných kotviacich prvkov. Rozstupy rozperných kotiev volíme na základe statického výpočtu, celkového dispozičného riešenia obkladu a zaťaženia vetrom. Rozstupy obkladov na miestach stykov musia byť dostatočne veľké, aby sa zabránilo stlačeniu obkladov pri dosiahnutí maximálnej teplotnej rozťažnosti. Do otvoru vyvŕtaného a podfrézovaného na potrebný rozmer sa vloží matica s rozperným koncom tak, aby fixovala hliníkový element. Do matice sa vloží a zaskrutkuje skrutka so 6 - hrannou hlavou. Rozperná kotva je vyrobená z nerezového materiálu. Jej rozmer (hs) sa mení v závislosti od hrúbky kotveného laminátového HPL materiálu. Rozmer hs sa pohybuje v rozmedzí od 4,0 mm do 15,0 mm.
Otvory na rozperné kotvy sa môžu vŕtať prenosnými vŕtačkami, vŕtačkami so stolom a valčekovým dopravníkom, alebo na automatickom vŕtacom stroji. Vŕtačka musí mať výkyvné vreteno. Celá operácia sa prevedie jedným špeciálnym nástrojom. Hĺbka vŕtaného otvoru závisí od veľkosti rozpernej kotvy v závislosti od hrúbky kotvených laminátových HPL panelov.
Upevnenie predmetov na zateplených budovách. Ako na to?
Lepiace systémy pre fasádne obklady
Lepenie je systém na zakrytú a hospodárnu montáž fasádnych obkladov. Systém pozostáva z trvalo-elastickej lepiacej hmoty a obojstranne lepiacej pásky na fixáciu obkladov, ako aj z produktov určených na prípravu podkladu. Dimenzovanie zvislej spodnej konštrukcie závisí od druhu obkladovej konštrukcie. Lepenie je možné vykonávať priamo na stavbe, pri práci je treba chrániť priestor pred poveternostnými vplyvmi a prachom. Počas prác nesmie teplota vzduchu poklesnúť pod +5°C a nesmie prekročiť +35°C. Relatívna vlhkosť vzduchu max. 75%. Nasledujúcich 5 hodín po montáži nesmie teplota poklesnúť pod min. požadovanú teplotu vzduchu. Teplota lepených plôch (obkladov, spodnej konštrukcie) musí byť min. o 3°C vyššia ako je teplota rosného bodu, zabráni sa tým kondenzácii vodných pár na povrchu. Lepené plochy musia byť čisté, suché a bez mastnôt. Montáž obkladov musí byť ukončená do 10 minút od aplikácie lepidla.
Dvojité Transparentné Fasády: Komplexné Riešenia
V súčasnosti sa kladú väčšie požiadavky najmä na priehľadnosť obalu budovy. S tým, samozrejme, súvisia aj zvýšené nároky na tepelnú, zvukovú a protislnečnú ochranu, z čoho potom vyplývajú požiadavky na sklený systém. Z tohto dôvodu pri vyspelejších konštrukciách - zdvojených fasád - pribudla ďalšia rovina skla, ktorá zlepšuje stavebno-fyzikálne vlastnosti konštrukcie. Podmienkou však je, aby bola vypracovaná jasná a fungujúca koncepcia vetrania fasády.
Dvojitá transparentná fasáda predstavuje užšiu symbiózu tvorby umelého životného - architektonického prostredia s prírodou, vyjadrenú nekonvenčným poňatím jej klimatického a energetického konceptu (napríklad možnosť prirodzeného vetrania z medzipriestoru fasády). Z hľadiska koncepcie konštrukčného riešenia jedná sa o dvojitú transparentnú fasádu s chodbovým prirodzeným fyzikálnym medzipriestorom, s celoročne otvoreným okruhom účinnej výšky totožnej s výškou jedného podlažia a s jednoduchým bezpečnostným skleným systémom aplikovaným pre vonkajšiu predsadenú stenu. Prirodzený fyzikálny medzipriestor a kvantifikácia jeho parametrov metódou experiment in-situ sú kľúčové pre pochopenie ich správania.
Napríklad budova Národnej banky Slovenska v Bratislave, realizovaná v rokoch 1997 - 2002, predstavuje takýto prístup. Program trvalo udržateľného rozvoja európskeho stavebníctva našiel aj v jej návrhu a realizácii odozvu v úsilí o ekologické a energeticky racionálne architektonicko-technické riešenie inteligentných budov. V medzipriestore dvojitej transparentnej fasády dochádza za každého klimatického zaťaženia budovy v priebehu celého roku (aj za bezvetria) ku pohybu vzduchu - k prietoku vzduchu medzipriestorom. Za účinku vetra vw > 0,5 m.s-1 je v prirodzenom medzipriestore dvojitej transparentnej fasády pohyb vzduchu z konvekcie a vetra o rýchlosti 0,3 ≤ vm (m.s-1) < 1,5. Interakcia teploty vzduchu vonkajšej klímy θae (°C) a pocitovej teploty pohody θai (°C) pre administratívnu prácu pri ľahkom až priemernom oblečení odpovedá projektovanému klimatickému a energetickému konceptu budovy.
Pre ilustráciu zmien teplôt v medzipriestore dvojitej fasády, vychádzajúce z experimentálnych meraní:
| Klimatické podmienky | Vonkajšia teplota (°C) | Teplota v medzipriestore (°C) | Pocitová teplota pohody (°C) | Rýchlosť vzduchu v medzipriestore (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| Bezvetrie | Variabilná | Mierny pohyb vzduchu | Optimálna pre prácu | > 0 m/s (konvekcia) |
| Vietor > 0,5 m/s | Variabilná | Zvýšený pohyb vzduchu | Optimálna pre prácu | 0,3 až < 1,5 m/s (konvekcia + vietor) |
Riešenie Problémov a Statické Aspekty Kotvenia
V snahe docieliť čo najsubtílnejšiu a najvzdušnejšiu nosnú konštrukciu sa realizátori často inšpirujú riešeniami použitými v zahraničí, avšak nevenujú dostatočnú pozornosť správnemu riešeniu konštrukčného (nosného) systému, detailom prípojov a pod., a/alebo nedostatočne pozorne vyhodnotia podstatné technické súvislosti, či okrajové podmienky konkrétneho projektu. Výsledkom môžu byť závažné poruchy.
Prípadová štúdia: Analýza porúch transparentnej fasády
U jednej posudzovanej konštrukcie fasády, riešenej ako priestorová oceľová konštrukcia s opláštením sklenými panelmi, boli zistené rozsiahle problémy. Nosná konštrukcia fasády bola vytvorená sústavou vertikálnych nosníkov, ktoré sú kotvené na koncoch do železobetónových častí objektu (strešná a podlahová konštrukcia). Vzhľadom na dĺžku nosníkov (celková výška fasády je cca. 25,3 m) bolo rozpätie nosníkov na účinky vodorovného zaťaženia (od vetra) zmenšené cca. na tretiny priehradovou konštrukciou, resp. kotvením k priľahlej stropnej konštrukcii. Sklené panely tvorili tzv. štrukturálne zasklenie a boli k oceľovej konštrukcii pripojené bodovo prostredníctvom systémových prvkov.
Zistené poruchy a ich príčiny
- Poškodenie skleného panela: Sklo bolo porušené iba v jednej vrstve, avšak vzhľadom na charakter porušenia tepelne tvrdeného skla bol panel poškodený v celej ploche. Statickým výpočtom sa preukázalo, že porucha skleného panela by nemala byť spôsobená jeho nesprávnym statickým návrhom, resp. preťažením od posudzovaných obvyklých zaťažovacích účinkov. Možné príčiny zahŕňajú koncentráciu namáhania v okolí bodového úchytu v dôsledku prekročenia prípustných výrobných a montážnych tolerancií, prípadne samovoľné prasknutie tepelne tvrdeného skla (TTG) vplyvom NiS nečistôt, pričom nie je jasné, či boli použité sklá so skúškou prehrievaním.
- Deformácie vertikálnych oceľových nosníkov: Deformácie mali charakter vybočenia (kolmo na mäkkú os prierezu, rovnobežne s fasádou) a boli pozorovateľné voľným okom. Ich výrazná amplitúda presahovala imperfekcie predpokladané pri bežnom statickom posúdení konštrukcie, ako aj výrobné tolerancie. Statickým výpočtom sa preukázalo, že vertikálne nosníky môžu byť pri započítaní obvyklých zaťažovacích účinkov namáhané za hranicou ich teoretickej odolnosti.
- Trhliny v keramickej dlažbe: V mieste prípoja vertikálnych oceľových nosníkov vznikli trhliny, pravdepodobne v dôsledku nevhodnej realizácie úpravy detailu. Statické vyhotovenie predpokladalo kĺbové pripojenie s voľnou vertikálnou dilatáciou nosníka, avšak keramická dlažba (a pravdepodobne aj ostatné vrstvy podlahy) boli k nosníku lícované pomerne natesno. Predĺženie alebo skrátenie koncov vertikálnych nosníkov pri kotvení v podlahovej konštrukcii vypočítané od účinkov vlastnej tiaže konštrukcie (vrátane sklených panelov) dosahovalo hodnotu cca. 0,6 mm; započítaním rovnomernej zmeny teploty (ohriate alebo ochladenie oceľovej konštrukcie o 20 °C) dosahovalo premiestnenie koncov vertikálnych nosníkov cca. ±8,8 mm.
Statické posúdenie a riešenia
Pre statickú analýzu konštrukcie bola použitá Metóda Konečných Prvkov (MKP). Z výsledkov vykonaného statického posúdenia vyplýva, že niektoré časti boli vzhľadom na požadovanú spoľahlivosť pravdepodobne poddimenzované, pričom sa jednalo o vertikálny nosník (miera využitia cca. 150 %) a tiež prvky kotvenia horizontálneho priehradového nosníka (cca. 220 %) a preplátovaného spoja vertikálneho nosníka (cca. 430 %). Kotvenie oceľových častí fasády do priľahlých častí železobetónovej konštrukcie bolo zabezpečené dodatočne osadenými vŕtanými kotvami. Vzhľadom na rozsah, charakter a početnosť porúch bolo možné predpokladať, že vznikli nesprávnym koncepčným návrhom a/alebo chybnou realizáciou konštrukcie ako celku.
Po viacerých koordinačných jednaniach sa objednávateľ rozhodol obidve časti fasádnej konštrukcie kompletne vymeniť. Do doby vykonania kompletnej sanácie fasádnej konštrukcie sa odporúčalo vstupnú časť objektu so sklenenou fasádou vyradiť z prevádzky a/alebo obmedziť pohyb osôb v okolí fasádnej konštrukcie a zabezpečiť ich bezpečný pohyb inštalovaním bezpečnostného prekrytia okolia vstupu.
tags: #kotvenie #jednoduchych #transprarentnych #fasad