Homlokzati üvegfalak tervezése

Részletek

2007. november 07. szerda, 00:00

 

A modern építészet népszerű eszközének tekinthetõ üvegfalak Magyarországon is igen gyorsan terjednek. A nagy számban épülõ irodaházak, középületek, bevásárlóközpontok homlokzatképzésének nemritkán fõ eleme az üveg.

Az üveg robbanásszerű elterjedését segíti az a komoly műszaki fejlesztés is, amit a gyártók végeznek a technikai megvalósíthatóság érdekében (profilrendszerek, pontmegfogók, feszítõelemek stb.). Mindezek mellett az üvegszerkezetek tervezése kihívást jelent a szerkezettervezés terén is, ami nem kis mértékben annak köszönhetõ, hogy ezek a szerkezetek szinte kizárólagosan egyedi kialakításúak.

Üveg anyagú tartószerkezetek

A tradicionális szemlélet – miszerint az üvegszerkezetek a teherhordó szerkezetnek nem részei – megdõlni látszik. Egyre-másra jelennek meg a tisztán üveg anyagú tartószerkezetek, illetve az olyan – általában acéllal kombinált – rendszerek, ahol a két különbözõ anyag együtt, egymást kiegészítve hordja a terheket.

A tervezéshez szükséges az üveg – mint alapanyag – mechanikai jellemzõinek ismerete, illetve az üvegkompozitok viselkedésének megfelelõ leírása. Szilárdsági szempontból az üveg lineárisan rugalmas, rideg anyag, azaz a szerkezeti acéloknál megszokott duktilitással nem rendelkezik (ez mind floatüvegre, mind edzett üvegre igaz), ugyanakkor húzónyomó szilárdsága az általában vélelmezett értéknél magasabb.

A tisztán üveg anyagú szerkezetek tervezése során a legkomolyabb kihívást a duktilitás hiánya jelenti, mert a lokális feszültségcsúcsok az üvegtáblák teljes törését (tönkremenetelét) eredményezhetik, képlékeny átrendezõdés (és a törés elõrejelzése) nélkül. Tekintettel arra, hogy ilyen lokális feszültséget számos, elõre nem kalkulálható behatás is okozhat (ütközés, tárgyak leesése stb.), a fõ tartóelemeket ezért szinte minden esetben többrétegű, edzett, fóliával ragasztott üvegbõl kell kialakítani.

Homlokzati falak tervezése

A homlokzati üvegfalakat az épület egyéb tartószerkezeteivel együtt kell megtervezni, mert ezek kapcsolata, illetve a fal megtámasztási viszonyai alapvetõen befolyásolják az erõjátékot. A következõkben röviden öszszefoglaljuk azokat a kérdésköröket, amelyek homlokzati falak modellezése és számítása során felmerülnek (itt nem foglalkozunk azokkal a homlokzatokkal, amelyek táblánként a szilárd hátszerkezethez rögzítve készülnek):

1. Koncepcionális kérdésként a tervezés kezdeti fázisában tisztázni kell a fal teherhordási irányát, illetve rögzítésének módját. A legegyszerűbb besorolás szerint így beszélhetünk függesztett falakról, álló falakról, illetve vízszintesen hordó falakról. A gyakorlatban a rendszerek általában keverednek, aminek legfõbb oka az, hogy a megfelelõ stabilitás érdekében a kétirányú teherviselés szükséges. A két fõ irányban az igénybevételek nagyságát és eloszlását a fal oldalarányai és a fõtartók kiosztása határozza meg. Gyakori, hogy a falak elõfeszített szerkezettel készülnek, ez természetesen szintén visszahat az erõjátékra.

2. A megtámasztó szerkezet merevségi viszonyai alapvetõen befolyásolják a fal erõjátékát. A kellõen merev megtámasztások elõsegítik a „tiszta” erõjáték kialakulását, ennek hiányában a deformációk jelentõsen visszahatnak az igénybevételekre. A tervezés során a deformációk elhanyagolása durva számítási hibát eredményezhet, ezért a másod- (harmad)rendű számítás nem mellõzhetõ.

3. Az önmagukban igen hajlékony szerkezetek merevítését gyakran vízszintes és/vagy függõleges síkú elõfeszítés biztosítja. Ez általában ellenmenetes feszítõkkel ellátott rudakkal (vagy pászmákkal) alakítható ki. A merevítés tipikus megjelenési formája a feszítõmű, illetve a húzott pótátlós rácsos tartó. A feszítõerõ sokszor közvetlenül nem állítható be, ezért a gyakorlatban a megkívánt elmozdulást (megnyúlást) kell megadni. Az egyes elemek feszítési sorrendje és a feszítés lépései nemcsak a tervezett feszítõerõ, hanem a fal alaktartása miatt is fontosak.

4. A homlokzati falak esetleges terhei meteorológiai terhek, jellemzõen a szélteher és a hõmérséklet-változás. A fõ teherként megjelenõ szélteher számítása általában nem jelent különös problémát, ugyanakkor a hõmérsékletváltozás figyelembevétele jóval bonyolultabb, mert ez függvénye az – elõre nehezen jósolható – építési hõmérsékletnek, valamint a csatlakozó szerkezetek hõmozgásának is. A hõmérsékletváltozás és a feszítõerõ szuperponálása során a két – önmagában is sok bizonytalanságot tartalmazó – hatást kell figyelembe venni.

5. A számítás szerves részeként kell vizsgálni a fal deformációját. Ennek oka összetett: legfontosabbként említjük meg, hogy a jelentõs deformációk az erõjátékra is visszahatnak (lásd 2. pont). Az üvegszerkezetek rideg viselkedése miatt az alakváltozások korlátozása is szükséges, ugyanis a megfogási pontokon a táblák túlzott szögelfordulása, illetve a megtámasztások nagy relatív eltolódása az üvegtáblák szükségszerű befeszülését, majd elõjel nélküli tönkremenetelét okozhatja.

A felsorolt, legfontosabb vizsgálatokból is jól látható, hogy az igényes homlokzati falak kialakítása többlépcsõs, iteratív folyamat, ezért a tervezés korai fázisában szükséges az alapvetõ szerkezeti elemzés elvégzése is.