Равнинни фасадни конструкции
Технологията за планарно остъкляване е разработена сравнително наскоро и се превърна в една от най-модерните и модерни фасадни технологии, неделима от архитектурния стил HI-TECH. Тази посока, родена в Англия с първите сгради на архитектите от Лондонското училище на Ричард Роджърс, Норман Фостър и Ренцо Пиано, естетизира фасадната структура като произведение на строителното изкуство и остава най-обещаващата и до днес. В България все още няма лицензирани проектанти на тези конструкции.
Към днешна дата има две основни технологии за планарно остъкляване.
Системата за остъкляване с клипс се състои от носещи скоби за поддържане на стъклото, което се фиксира отвън с лайстни. Такава система не изисква пробиване на стъкло и следователно е лесна за инсталиране и относително евтина за производство.
Пространствени структури на равнинни фасади
пирамидална фермова конструкция
кабелна или основна плоча
Системата "паяк" е втората, по-нова и най-използвана. Понятието "Spider" идва от английското Spyder - паяк и отразява паяжиновидната форма на конзолния закрепващ елемент. Остъкляването на паяци се осъществява чрез точково поддържане на стъкло върху кръгла глава чрез силиконови уплътнения. Тази технология изисква пробиване на стъкло, което прави структурата по-ефективна, но създава фактор за локална концентрация на напрежението. Има два вида глави: глави с гайка в равнината на външната повърхност на стъклото и конични отвори и глави с външни гайки и цилиндрични отвори. Последните се считат за по-надеждни, тъй като в тях при натоварвания от вятър локалното налягане от стъклото към главата се предава презравнина, чиято площ може да варира в зависимост от диаметъра на главата. Дизайните на паяк се различават по броя на възможните настройки.
Поради различните коефициенти на линейно разширение на стъкло и метал, при големи размери на фасадата е възможно стъклото да се затвори в металната конструкция и да се счупи в зоната на отворите. Този проблем може да бъде решен чрез сферична връзка в точката на закрепване на паяка, която компенсира възможните изкривявания при монтажа. Главите могат да се регулират в равнината на остъкляване чрез преместване на главата в паяка и извън равнината на остъкляване чрез потапяне на щифта в паяка. Размерът на шевовете между стъклата също трябва да гарантира, че те не се затварят при прегряване. В областта на отвора има концентрация на напрежения, които могат да бъдат причина за разрушаването на стъклото. В отвора, с помощта на силиконови уплътнения, трябва да се изключи контактът му с метала.
Диаграма опън-компресия на стъкло
За планарно остъкляване, наред с други видове, се използва закалено стъкло.
Закаляването подобрява носещата способност на стъклото. По време на втвърдяването стъклото се нагрява до +6400C и моментално се охлажда. Външната повърхност се охлажда по-бързо от сърцевината, като външните слоеве се компресират, а вътрешните се разтягат. В този случай напреженията са в равновесие. Благодарение на закаляването проектната устойчивост на огъване на стъклото е 50 MPa (37,5 MPa при нанасяне на емайл). Когато се прилага натоварване върху закалено стъкло, няма пластични деформации в местата на концентрация на напрежението. Стъклото има линеен модел на напрежение и компресия до точката на разрушаване. Поради неговите крехки свойства, якостта на опън и натиск на стъклото варира значително и намалява при незначителни повреди на повърхността. Изчисляване на точково поддържано стъкло за якост и твърдосте задача на теорията на еластичността и се произвежда по метода на крайните елементи с помощта на компютър. Изчисляването на стъклото се извършва като изчисление на тънка плоча с опора в ъглите и се състои в определяне на деформациите в центъра на участъка и решаване на контактния проблем на теорията на еластичността за изчисляване на напреженията в зоната на отвора.
Най-важният както функционално, така и архитектурно изразителен елемент на планарната фасада е носещата стоманена конструкция. Металните конструкции на фасадата могат да бъдат плоски и пространствени.
Плоските носещи конструкции са стоманени тръбни ферми, вертикални стълбове, предварително напрегнати ферми с пръти и кабели или вертикално опънати струнни въжета. Тази поредица от структури е подредена в низходящ ред според твърдостта на системата. Цялостната твърдост на конструкцията, поради уязвимостта на стъклото, е основният критерий за нейното качество. Плоските конструкции, които са основните носещи елементи, изискват стабилизиращи скоби за стабилност в равнината на тяхната работа. Връзките и разделителите не са включени в статичната работа и също така е трудно да се вземат предвид при приблизителните изчисления. При най-простите плоски плоскостни фасади стабилността на елементите се осигурява от остъкляване като усилваща диафрагма.
Пространствените конструкции са пирамидални фермови конструкции или сърцевини, които са по-икономични поради равномерното разпределение на силите и взаимното стабилизиране на елементите. Секциите на прътите на пространствените конструкции се избират въз основа на съществуващите сили и няма вторични връзки. При разработване на пространствена конструкция е необходим затворен носещ контур за поемане на силите по периметъра на цялата фасада или покритие.
Прътовите и кабелните ферми са най-често използваните планарни фасадни конструкции.Кабелните ферми се състоят от две параболично извити кабели или корди на пръти. Твърдостта на системата се характеризира с отклонението или максималната височина на фермата в центъра на диапазона, която варира от 1/8 до 1/12 от нейната стойност, както и модулите на еластичност на основните елементи на хордите. Еластичният модул на въжените елементи е 1,5 пъти по-нисък от прътовите елементи, тъй като в тях отделните жици работят под ъгъл на преплитане и изискват допълнително разтягане за компресия между тях. Също така, недостатъкът на кабелните системи на малки участъци е отпускането на напрежението и необходимостта от редовно наблюдение на усилията. Тези фактори се компенсират напълно от 4-5 пъти по-високата якост на кабелите и възможността за тяхното по-голямо предварително напрягане.
Статичната работа на носещата конструкция на фасадата е разделена на възприемане на собственото тегло на стъклото (вертикални окачващи кабели) и възприемане на налягането на вятъра (система от пояси и решетки). Характеристика на въжените и прътовите системи е необходимостта от предварително напрежение по време на монтажа и вертикалната дистанция, която се възприема от твърдата рамка на сградата. Предварителното напрежение се задава от условието за изключване на силите на натиск във всички елементи при най-лошите комбинации от натоварвания, тъй като момчетата не са в състояние да поддържат геометрична неизменност без напрежение.
Най-новата разработка на немските инженери - система от вертикално опънати въжета - е най-леката и най-минималистична в дизайна, но най-гъвкавата система, която изисква високо предварително напрежение и мощен опорен контур.