Применение новых иономерных материалов для производства многослойного стекла позволяет обеспечить существенную экономию стекла, что сказывается на весе структурного остекления и расширяет возможности использования новых методов проектирования.

В строительстве, и особенно в бизнес-проектах, в последние годы широко распространились тенденции к возведению высотных зданий – гостиниц, бизнес центров, в меньшей степени жилых домов. Это связано со многими условиями, в частности с тем, что строительство высотных зданий дает возможность существенно экономить территории застройки, высвобождая их под другие нужды. При этом, к высотным зданиям предъявляются повышенные требования – они должны быть одновременно безопасными и архитектурно привлекательными. При этом большое внимание уделяется использованию многослойного стекла для обеспечения, как безопасности объектов, так и их выразительности.

Развитие решений по производству безопасного стекла, отличающихся от традиционных (ПВБ) дает возможность дизайнерам, архитекторам и проектировщикам использовать все лучшие свойства многослойного остекления фасадов. В данной статье мы рассмотрим сравнительные характеристики механической прочности многослойных стекол с использованием традиционных материалов (ПВБ) и новых иномерных адгезивных полимерных слоев SentryGlas®, являющихся значительно жестче и прочнее, чем ПВБ.

 Мы ограничимся рассмотрением а/ прочностных характеристик, б/ поведения конструкции после разрушения и в/ температурных эффектов. В дальнейших публикациях мы рассмотрим поведение многослойных стекол с применением новых технологий производства (SentryGlas®) с точки зрения оптических эффектов, стойкости к погодным условиям, безопасности, с точки зрения проникновения и взрывобезопасности, а также рассмотрим расчеты напряженно-деформированного состояния многослойных стекол, изготовленных с использованием SentryGlas® при различных типах фиксации и возможности проектировать новые композитные методы крепления стекла.

Что такое высокоэффективное остекление фасада?

Стекло является неповторимым строительным материалом, но его эффективность значительно повышается, когда при его обработке ему придаются значительные упрочняющие функции. В частности, это очень важно при проектировании фасадных остеклений больших площадей. Для обеспечения механической прочности и безопасности больших площадей фасадного остекления при высоких нагрузках (ветровые, структурные) необходимо создавать такие конструкции, которые могли бы удовлетворять проектным требованиям напряженно-деформированного состояния при сохранении и/или экономии веса конструкции остекления.

Таким целям служит, в частности, иономерный полимерный адгезивный материал SentryGlas®. При стандартных условиях работы (комнатная температура) жесткость SentryGlas® в 100 раз выше, чем у традиционного материала ПВБ. Несмотря на то, что материал был изначально разработан для применения в ураганно опасных зонах США (Флорида) его физико-механические свойства позволяют использовать SentryGlas® в тех областях применения, где требуется высокая структурная устойчивость и безопасность. В частности, этот структурный материал эффективен в тех объектах, где к стеклянной конструкции приложены значительные  нагрузки при точечном опирании конструкции, в объектах, где есть опасность разрушения стекла, а также в конструкциях, подвергающихся значительным температурным нагрузкам.

Прочность многослойного стекла с использованием SentryGlas®

Сравнительным исследованиям подвергались следующие конструкции:

 Монолитное сырое стекло толщиной 10 мм;
 Многослойное стекло с использованием ПВБ адгезивного слоя Butacite® конструкция: 5мм стекло / 0.76 мм адгезивный слой / 5 мм стекло
 Многослойное стекло с использованием SentryGlas®, конструкция: 5мм стекло / 0.76 мм SentryGlas® / 5 мм стекло

Эксперимент заключался в исследовании прогибов и напряжений в конструкции при приложении кратковременной нагрузки (имитация ветровых импульсов) согласно рис.1.

Рис.1.

При этом, главные напряжения в конструкции многослойного стекла имели распределение, показанное на Рис 2, а прогибы – на Рис. 3.

Рис.2

Таким образом, показано, что применение нового ионопластичного материала SentryGlas® для производства многослойного безопасного стекла показывает наилучшие результаты ндс при различных нагрузках, что дает возможность создания наиболее эффективных конструкций с точки зрения прочность/вес и прогиб/вес. В свою очередь это позволяет архитектору существенно снизить вес стеклянной конструкции и рассматривать возможность остекления больших пролетов при сохранении, а зачатую, уменьшении главных напряжений. Данные исследования, в частности, легли в основу проектирования таких фасадных конструкций, как фасадное остекление бизнес-центра RZVK, Кельн

(Архитекторы: Ihab Morgan & Dominique Renner &Thomas Krause&Bruno Diener & c/o Schmdilin AG. Структурный дизайн и ламинирование: FlachGlas Wernberg)- Рис.4, а также многих других.

Поведение конструкции многослойного стекла после разрушения

Эксперимент заключался в фиксации пластины многослойного стекла на четырех опорах (сквозное опирание) и последующем нагружении. Рассматривались конструкции, состоящие из двух термоупрочненных стекол толщиной 5 мм и собранные с применением SentryGlas® и Butacite® (поливинилбутираль). График нагружения показан на рис. 5

Как видно из этого рисунка, даже после разрушения стекла, жесткость  прослойки SentryGlas® не позволяет конструкции выпасть из опор, что дает возможность, а главное время, для замены разрушенного элемента. В случае же использования ПВБ, разрушенный элемент остекления выпадает из фиксирующих его опор создавая тем самым угрозу безопасности людей. Эти свойства SentryGlas® широко использованы при проектировании безрамных конструкций остекления таких зданий, как, например, штаб квартира компании Endesa , Испания (Архитектура: KPF Bellapart Engineering ), Рис 6. и многих других.

Температурная стойкость SentryGlas®

Как известно, модуль упругости любого материала изменяется с увеличением температуры. Естественно, для адгезивных прослоек это также актуально. Тем не менее, исследования показали, что изменение модуля упругости SentryGlas® происходит значительно медленнее, чем традиционно используемого ПВБ, что дает матералу дополнительный запас прочности (Рис. 7)

График, представленный на Рис. 8 показывает изменение нагрузки, необходимой для поддержания в конструкции постоянного напряжения в 17 МПа при изменении температуры в эксперименте, описанном выше (Рис. 1). Как видно, многослойное стекло, созданное с использованием SentryGlas® позволяет существенно увеличить несущую способность конструкции по сравнению с стандартными материалами.

Таким образом видно, что использование новых иономерных материалов для производства многослойного стекла позволяет обеспечить существенную экономию стекла, что обеспечивает облегчение веса структурного остекления и возможности использования новых методов проектирования.

Б.С.Ухов,
 к.т.н., руководитель отдела безопасного остекления ООО Дюпон Наука и Технологии

Newchemistry.ru