Выбор материала и характеристика новой рамы

Дата: 23 февраля 2023 г.

Авторы: Мерседес Гаргалло, Белармино Кордеро и Альфонсо Гарсиа-Сантос.

Источник:Материалы 2021, МДПИ

ДОИ:https://doi.org/10.3390/ma14081896

(Эта статья относится к специальному выпуску «Достижения в области строительства и строительных материалов»).

Навесные стены являются предпочтительным фасадом высотных зданий и незаменимым элементом архитектуры современного города. В обычных навесных стенах стеклянные панели просто поддерживаются металлическим каркасом, который передает любую приложенную нагрузку на конструкцию здания. Отсутствие композиционного взаимодействия между стеклом и металлом приводит к тому, что рамы становятся глубокими, выступающими внутрь, занимающими ценное пространство и вызывающими нарушение зрения. В ответ на ограниченную производительность традиционных систем предлагается инновационная унифицированная навесная стена, интегрированная в раму, позволяющая уменьшить глубину конструкции до одной пятой (80%), что позволяет выполнить внутреннюю отделку заподлицо и освободить пространство для чистки. Новая навесная стена получается путем приклеивания рамы из пултрудированного стекловолокна из полимера (GFRP) к стеклу, образуя композитный изолированный стеклопакет (IGU). В этой статье выбираются кандидаты на каркас и клеящие материалы, выполняющие механические испытания пултрузии стеклопластика для определения прочности и эластичности, а также соединений стеклопластика со стеклом для определения модуля разрушения и прочности. Результаты испытаний материала используются в компьютерной численной модели унифицированной панели из композитного стеклопластика для прогнозирования характеристик конструкции при воздействии реалистичных ветровых нагрузок. Результаты подтверждают, что сокращение до одной пятой возможно, поскольку допустимые отклонения находятся в пределах допустимых значений. Это также указывает на то, что области стеклопластика, прилегающие к опоре, могут потребовать усиления для уменьшения напряжения сдвига.

Внешние оболочки – это образ каждого здания, создающий фундаментальную составляющую сценария города. Строительный сектор постоянно занимается разработкой новых систем строительства зданий [1]. Традиционные кирпичные или тяжелые оболочки на протяжении десятилетий были заменены легкими ограждениями, такими как металло-стеклянные фасады и вентилируемые или противодождевые стены [2]. Металлические и стеклянные фасады, известные как навесные стены, состоят из металлического каркаса, пространства которого заполнены стеклом [3]. В настоящее время навесные стены являются незаменимым элементом архитектуры современного города [4]. Две основные системы навесных стен являются сборными и унифицированными [5]. Каркасная система представляла собой первоначальную систему навесных стен с металлическим каркасом из вертикальных стоек и горизонтальных фрамуг, прикрепленных к зданию, и поддерживающих стеклянных панелей, установленных на месте [6].

Модульные системы навесных стен состоят из элементов облицовки, в которых фасадные панели (обычно стеклянные, металлические или каменные) и металлические элементы каркаса (стойки и фрамуги) предварительно собираются на заводе, а затем транспортируются на площадку и прикрепляются к несущим элементам зданий. , обычно с помощью предварительно закрепленных кронштейнов по краю несущей плиты перекрытия. Модульные системы навесных стен являются предпочтительной фасадной системой в высотных зданиях, поскольку сборная сборка элементов обеспечивает высокое качество и позволяет осуществлять быстрый монтаж без внешнего доступа [7]. Текущее поколение унифицированных систем навесных стен предназначено для передачи боковых нагрузок, обычно вызванных ветром, на плиты перекрытия конструкции [8]. Это достигается за счет фасадных панелей, которые просто поддерживаются элементами фасадного каркаса, которые, в свою очередь, передают нагрузки, пролетая между плитами перекрытия.

1.1. Ограничения обычных навесных стен

Из-за разницы в коэффициентах теплового расширения стекла и металла обычные системы навесных стен требуют гибкого клея, который ограничивает любую возможность сложного структурного воздействия между стеклом и рамой.

Отсутствие композиционного взаимодействия между стеклянными панелями и рамами приводит к тому, что глубокие профили, которые занимают ценное пространство, выступают внутрь и вызывают нарушение зрения. Кроме того, элементы фасадного каркаса часто изготавливаются из алюминиевых сплавов или других металлов с характерной высокой теплопроводностью, что приводит к значительной теплопередаче на элементах фасадного каркаса. Частично эту проблему можно решить за счет тепловых разрывов в элементах каркаса фасада, но это увеличивает сложность и общую глубину навесной стены.