Технические вызовы при остеклении небоскрёбов

Использование стекла в небоскребах (то есть зданиях высотой более 600 м) часто является предметом обсуждения в контексте технических аспектов. Технологически совершенное высокопрочное остекление, практически полностью покрывающее мега-высотки, имеет не менее важное значение для достижения принятых параметров современного строения, чем сталь и бетон. Когда дело касается выбора светопрозрачных конструкций для высотных зданий, основные проблемы связаны с ветровой нагрузкой, разницей температур и высоты, а также с конденсацией водяного пара и поддержанием чистоты. Рекордсмены высотного строительства Бурдж-Халифа в Дубае (ОАЭ) и Джидда Тауэр, возводимый в городе Джидда (Саудовская Аравия) километровый гигант, являются ярким примером вызовов, которые остекление небоскрёбов бросает проектировщикам и производителям стекла.

Технические вызовы использования стекла в небоскребах

Возле земли действие ветра сводится к минимуму окружающими деревьями и соседними зданиями, но в случае мега-высоких сооружений такого барьера нет. Таким образом, небоскрёбы подвергаются воздействию ветровых нагрузок в полную силу.

Другими важными факторами являются свет и тепло. Высотные здания из-за огромной внутренней тепловой массы требуют постоянного кондиционирования воздуха даже в более холодные месяцы года. Самый большой удельный вес затрат энергии приходится на этот аспект, что значительно увеличивает эксплуатационные расходы. Это уникальная проблема для мега-высоток.

С другой стороны, у небоскрёбов не только высокая внутренняя масса тепла, но и значительная часть их конструкции поднимается над окрестностями. Нет ничто вокруг, что защитило бы их от солнца. Кроме того, многие из самых высоких небоскребов в мире можно найти в пустынных районах Ближнего Востока, Африки и Юго-Восточной Азии. Вдобавок местный климат в жарких и влажных районах пустынь, где температура достигает даже 50 °C, представляет собой реальную проблему для стеклопакетов с точки зрения напряжения и деформаций, а также потенциальных проблем с конденсацией.

Что еще более усложняет ситуацию, так это то, что фасады современных мега-высоток теперь почти целиком сделаны из стекла, и в частности с использованием высоких и широких окон, обеспечивающих наилучшую, беспрепятственную видимость. Задача в этом случае состоит в том, что эти большие стеклопакеты должны выдерживать высокие силы ветра и быть сконструированы таким образом, чтобы компенсировать огромное количество пропускаемого солнечного света и тепла, оказывая благоприятное влияние на самочувствие и комфорт тех, кто использует это здание.

Окружение

Окрестности здания а, в случае таких небоскрёбов, как Бурдж-Халифа и Башня Джидда, климат пустыни, являются необходимыми факторами для рассмотрения при проектировании остекления. Окружающие мега-высотки нагорья и другие здания, хотя они поглощают много интенсивного тепла в течение дня, они еще и отдают тепло окружающей среде в течение ночи. Стекло с низкоэмиссионным покрытием (Low-E) помогает отражать длинноволновое излучение и минимизировать его трансмиссию.

Большинство людей не представляют, насколько популярным является низкоэмиссионное стекло на Ближнем Востоке и почему его следует использовать. Считается, что это стекло применяется только в более холодных климатических зонах в энергосберегающих стеклопакетах. Следует признать, что концепция блокировки и отражения косвенного тепла ночью и днем является тем, на что важно обратить внимание при проектировании остекления небоскрёбов. Поэтому использование низкоэмиссионного стекла является одним из лучших вариантов.

Конденсация

В случае небоскрёбов всегда существует риск образования конденсированного пара на внешнем стекле. Это связано с разницей температур между внешней частью здания, которая очень горячая и влажная летом, и температурой внутри здания (кондиционирование).

Использование стекла с низкоэмиссионным покрытием в качестве внутренней панели стеклопакета может помочь предотвратить проникновение прохлады изнутри здания на внешнюю панель. Дополнительно термическая обработка (закаленное или теплоустойчивое стекло) будет способствовать тому, что остекление будет в 5 раз прочнее и сможет выдерживать экстремальные ветровые нагрузки и разницу температур.

Разница в высоте

Большая разница в высоте между верхним и нижним этажами небоскрёба – и связанная с этим разница температур – может вызвать проблемы с деформациями стекла в стеклопакете из-за разницы давлений. Например, в проекте Бурдж-Халифа, разница температур между первым этажом и верхней частью здания составляет шесть градусов по Цельсию.

Стоит отметить, что при возведении этого небоскрёба проблема разницы температур возникла даже между температурой производства и монтажа стеклянных конструкций, которые были изготовлены в январе при 26 °C, а затем установлены на месте в Дубае в августе, когда температура была 40 °C. Как показал данный проект, только скрупулёзные расчеты напряжений и возможных прогибов в стеклопакете техническими специалистами позволяют выбрать подходящую толщину стекла для разных высот стеклянных оболочек по всей длине фасада здания.

Ветер

Из-за очень большой высоты небоскребов ветровые нагрузки могут быть максимально мощными. Для уменьшения нагрузки на конструкцию, вызванной ветром, толщина стекла также очень важна.

Толщина используемого стекла зависит от высоты здания, в котором оно установлено.

Для Burj Khalifa стеклянный фасад был спроектирован так, чтобы выдерживать ветровые нагрузки до 250 км/ч, чему способствовала также динамическая форма здания. Система остекления Jeddah Tower разработана таким образом, чтобы объект мог выдерживать качание с радиусом 2,5 м без разрушения или снижения герметичности.

Соответствующая термическая обработка также необходима (закаливание или термическое упрочнение), поскольку она делает стекло более мощным, чтобы выдерживать экстремальные ветровые нагрузки и разницу температур.

Мойка окон

В случае небоскребов поддержание чистоты остекления – задача не из простых. Мытье окон на высоте 800 метров довольно серьезное испытание. Например, в Дубае мойка в общей сложности 24 344 окон общей площадью 120 000 м2 занимает у команды из 36 сотрудников от трех до четырех месяцев.

Одним из вариантов минимизации расходов на обслуживание могут стать самоочищающиеся стёкла. Однако не везде данная технология может оправдать себя. Для работы самоочищающегося покрытия требуется соблюдение двух условий: наличие солнца и дождя. При этом в Джидде, где возводится небоскреб-рекордсмен Jeddah Tower, годичное выпадение осадков крайне мало – приблизительно в 12 раз ниже, чем в Москве. В летнее время вообще может ни разу не быть дождя. Таким образом, от производителей стекла ждут новых технологий, адаптированных и под засушливый климат.

Выше здания – выше класс остекления

Строители небоскрёбов соревнуются между собой, возводя всё более высокие здания, крыши которых упираются в облака. И каждый новый проект – это очередной вызов поставщикам светопрозрачных конструкций. И хотя на сегодняшний день небоскрёбы – это скорее исключительные объекты на плане мегаполисов, тем не менее, тренд на мега-высотки в перспективе является логичным следствием урбанизации. Таким образом, разработка технологичных и эффективных решений в области остекления будет набирать высоту.

Стоит прочесть: Небоскребы из стекла и дерева. Какими будут города будущего?

Подготовлено пресс-центром tybet.ru/WinAwards Russia.

Размещение и использование (полностью или частично) данного материала допускается только при наличии активной гиперссылки на tybet.ru