Основное правило – проектирование с запасом
Стекло – хрупкий материал, который можно легко разбить, даже если конструкция спроектирована по всем правилам. Более научно - количество энергии, необходимое для разрыва молекулярных связей так мало, что даже случайный удар может привести к разрушению стекла. Конструкция из стекла должна проектироваться исходя из повышенных соображений безопасности так, что даже в случае если один элемент конструкции из стекла разрушен, оставшаяся конструкция (из металла или из стекла) будет безопасной, даже если уровень безопасности будет понижен.
Понимание аспекта понижения уровня безопасности конструкции в случае разрушения стекла является ключевым при проектировании безопасных конструкций из стекла. Этот параметр может быть получен путем анализа, но чаще всего – опытным путём.
Нагрузки
Конструкции из стекла воспринимают все те же самые нагрузки, что и любые другие строительные ограждающие конструкции. Основные нагрузки – это нагрузка от собственного веса, кратковременные нагрузки от воздействия людей, ветровая и снеговая нагрузки, определяемые в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (для Германии DIN 1055 часть 4). Необходимо принимать во внимание увеличение ветровых нагрузок в угловых частях здания. Высотные здания или здания со сложными формами требуют построения детальной схемы распределения ветровых нагрузок.
Классификация стеклянных конструкций
В соответствии с типом прилагаемых нагрузок и направлением стеклянные конструкции делятся:- Наклонное и горизонтальное остекление
- Вертикальное остекление
- Ограждающие конструкции
- Лестничные и напольные конструкции из стекла
Расчет усилий
Так как стекло обычно используется в виде плит с опиранием по краям или точечным опиранием, распределение изгибающих моментов и возникающих усилий могут быть легко посчитаны с помощью Метода Конечных Элементов или подобных компьютерных программ. Применение теории линейной гибкости (Теория Кирхоффа) имеет смысл применять во всех случаях для обеспечения безопасности конструкции. Прогибы плиты более чем толщина плиты ограничивают действие этой теории, так как в этом случае требуется нелинейный расчет гибкости, но это требуется редко. При расчёте максимальных усилий и крутящих моментов не должны учитываться ни один из коэффициентов для нагрузок.
Большинство программ на основе МКЭ рассчитывают усилия в двух направлениях и максимальные усилия. При максимальных усилиях образуются трещины и стекло разрушается. Важно, чтобы конструкция была рассчитана на максимальные допустимые нагрузки.
При проектировании ламинированного стекла (из слоёв одинаковой толщины) в расчет должен приниматься только один слой стекла, который рассчитывается на нагрузки, уменьшенные в столько раз, сколько слоёв стекла в ламинированном стекле. Влияние межслоевого полимера не учитывается, так как нет уверенности, что при воздействии длительных и высокотемпературных нагрузок, ПВХ пленка сможет нести какую-либо нагрузку.
| Плотность | 25 КН/м3 |
| Допустимое напряжение | 50 Н/мм2 |
| Модуль Юнга | 70000 Н/мм2 |
| Коэффициент Пуассона | 0,23 |
Механические характеристики стекла
Хотя на сегодняшний день не существует утверждённых норм для структурного остекления, вышеперечисленные значения максимально допустимых нагрузок (фактор безопасности 2.4) были применимы на многих существующих проектах при согласовании с государственными органами строительного надзора.| Тип стекла | Допустимые нагрузки | Примечание |
| ESG = Закаленное стекло | 50 N/mm2 | Также в составе триплекса, но без учёта смещения между слоями |
| ESG = Закаленное стекло | 30 N/mm2 | При нанесении печати со стороны прогиба |
| TVG = Термоупрочнённое стекло | 29 N/mm2 | Также в составе триплекса, но без учёта смещения между слоями |
| TVG = Термоупрочнённое стекло | 18 N/mm2 | При нанесении печати со стороны прогиба |
| Float = Сырое вертикальное | 18 N/mm2 | (допустимый уклон от вертикали – до 10 градусов) |
| Float = Сырое горизонтальное | 00 N/mm2 | Запрещено применение в конструкциях над головой |
| Сырое горизонтальное в структуре стеклопакета | 12 N/mm2 | Применимо только в верхнем слое стеклопакета, нижний слой должен быть изготовлен из триплекса |
| Триплекс из сырого стекла (VSG) - горизонтальное |
15 N/mm2 | Нагрузки должны рассчитываться без учёта плёнки между слоями |
| Триплекс из сырого стекла (VSG) - вертикальное |
22.5 N/mm2 | Нагрузки должны рассчитываться без учёта плёнки между слоями |
| Триплекс из сырого стекла (VSG) | 25 N/mm2 | Данные применяются для расчёта несущей способности при разрушении одного из слоев |
Комментарии:
Под «пленочным триплексом» подразумевается ламинированное стекло, изготовленное с применением полимерной пленки. Применение другого типа стекла, особенно «заливного триплекса» требует специального согласования. Как правило, для изготовления триплекса используются пленки толщиной 0,38; 0,76 и 1,52 мм. Толщина пленки должна обеспечивать сохранение несущей способности при разрушении одного из стекол. Для стекла, воспринимающего нагрузку (например, при обслуживании) должна использоваться пленка с толщиной как минимум 0,76 мм. Для стекла служащего для восприятия постоянной нагрузки (полы, лестница) должен использоваться триплекс, изготовленный из 4 слоев стекла.
Закаленное стекло (ESG) – это полностью закаленное, предварительно напряженное стекло, которое при разрушении распадается на мелкие фракции. Закаленное стекло используется, например, для изготовления автомобильных стекол. Термоупрочненное стекло (TVG) – также как и закаленное стекло является предварительно напряженным, но внутренние напряжения в нем значительно меньше, чем в закаленном стекле. При разрушении термоупрочненного стекла оно ведет себя также как и сырое, но разрушение происходит при больших стрессовых нагрузках. Триплекс, изготовленный из термоупрочненного стекла более безопасен, чем триплекс, изготовленный из закаленного стекла, так как при разрушении он сохраняет большую несущую способность. Соответственно, при проектировании триплекс, изготовленный из термоупрочненного стекла более предпочтителен.
Расчетные усилия сравниваются с максимально допустимыми. Эксперименты показали, что параллельные нагрузки приводят к разрушению быстрее, чем нагрузки перпендикулярные из-за эффекта прогиба.
Предварительная спецификация конструкций
Вертикальное остекление
- Точечные крепления RODAN или MANET construct
- Закаленное стекло с heat-soak тестом
- Минимум 4 крепления на одно стекло
- Максимальные расстояния между креплениями:
RODAN KH-50/60, KU-50/60, SKU-50; MANET construct EA-50, ESA-50 10 mm закаленное стекло x <= 1000 mm y <= 1400 mm 12 mm закаленное стекло x <= 1200 mm y <= 1600 mm RODAN KH-70/80, KU-70/80, SKU-70 10 mm закаленное стекло x <= 1200 mm y <= 1500 mm 12 mm закаленное стекло x <= 1500 mm y <= 1700 mm
- Расстояние от кромки стекла до центра отверстия: min. 80 mm, max. 250mm
Горизонтальное остекление
- Точечные крепления RODAN KH-70/80 и/ или KU-70/80
- Триплекс из термоупрочненного стекла, толщиной как минимум 2x6 mm с полимерной пленкой толщиной 1,52 mm
- Минимум 4 крепления на одно стекло
- Максимальные расстояния между креплениями (не учитывая необходимость остаточной несущей способности):
13,52 LG x <= 1000 mm y <= 1000 mm 17,52 LG x <= 1200 mm y <= 1500 mm 17,52 LG x <= 1300 mm y <= 1300 mm 21,52 LG x <= 1200 mm y <= 1800 mm 21,52 LG x <= 1600 mm y <= 1600 mm
- Расстояние от кромки стекла до центра отверстия: min. 80 mm, max. 300 mm
