ÜVEG ÉPÜLETSZERKEZETEK BMEEOMEMAT3

1 Üveg épületszerkezetek

BMEEOMEMAT3

.

ÜVEG ÉPÜLETSZERKEZETEK BMEEOMEMAT3 egyetemi jegyzet a BME Építőmérnöki Kar Magasépítő és rekonstrukció MSc. szakirány hallgatói számára

Előadók: Dr. Horváth László egyetemi docens, Hidak és Szerkezetek Tanszék Dr. Nehme Salem Georges egyetemi docens, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék Stocker György DLA egyetemi docens, Magasépítési Tanszék Dr. Széll Mária egyetemi tanár, Magasépítési Tanszék

Budapest, 2011. szeptember

Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Tartalomjegyzék

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Az üveg és az üvegezett épületszerkezetek fejlődéstörténete; Dr. Széll Mária 1. előadása 3. o. Szilikát (szervetlen) üvegek fajtái és műszaki tulajdonságai; Dr. Nehme Salem Georges 1. előadása 16. o. Szerves üvegek; Dr. Nehme Salem Georges 2. előadása 40. o. Az üveg hasznosítása az építőipar más területein, erősítő szálak, habüveg; Dr. Nehme Salem Georges3. előadása 44. o. Üvegszerkezetek méretezése. Általános méretezési elvek. Síküvegek méretezése. Dr. Horváth László 1. előadása 55. o. Üveg merevítőelemek – gerendák, bordák és lemezek Dr. Horváth László 2. előadása 69. o. Járható üvegfödémek és lépcsők Dr. Horváth László 3. előadása 80. o. Transzparens hőszigetelések, transzlucens falak Dr. Széll Mária 2. előadása 87. o. Keret nélküli és pontmegfogású üvegfalak Dr. Széll Mária 3. előadása 99. o. Kéthéjú homlokzatok Dr. Széll Mária 4. előadása 108. o. Télikertek, átriumok, üveggel fedett városi terek Dr. Széll Mária 5. előadása 117. o. Esettanulmányok 1. Stocker György DLA 1. előadása 128. o. Esettanulmányok 2. Stocker György DLA 2. előadása 130. o.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

1. Az üveg és az üvegezett épületek fejlődéstörténete Dr. Széll Mária 1. előadása Az előadás ppt anyaga a tanszéki honlapon megtalálható Tartalom: 1. Az üveg és az üveggyártás története 2. Az üveg Magyarországon 3. Az ablakok története 4. Ablakfejlődés Magyarországon 5. Üvegfalak, függönyfalak fejlődéstörténete 6. Üvegezett térlefedések fejlődéstörténete 1. Az üveg és az üveggyártás története Az üveganyagot kezdetben edények, dísztárgyak készítésére használták, az üvegablak először a rómaiak építészetében bukkant fel. Az anyagösszetételre és a készítés módjára irányuló kísérletezés, fejlesztés párhuzamosan hozta meg eredményeit mindkét fő alkalmazási területen. Az üveg a vas mellett az ember legrégebben használt anyaga. Az üveg speciális keverék, mely megolvasztva majd kihűtve nem alkot kristályokat, viszont átlátszó marad. Az üvegkészítés évezredes titkait a mesterek gondosan őrizték. Az üveggyártás alapanyagának forrását a földfelszín alkotórészei képezik, s ez lényegében kimeríthetetlennek tekinthető. Az üveg alkalmas arra, hogy más anyagok helyébe lépjen például az építőanyag-iparban erősítő szálként, a híradástechnikában a réz helyettesítésére – így egyre szélesebb körben alkalmazzák. Az építési célokat szolgáló síküveg megnevezése a készítés konkrét módjától (húzás, öntés, úsztatás) független. Az öblösüvegtől eltérően évezredekig tartott, mire a középkorban végre képesek voltak épületek üvegezésére alkalmas sík táblákat nagyobb mennyiségben előállítani. Gépesített eljárásról pedig csak az 1920-as évektől kezdődően lehet beszélni. Az emberiség történetének koraszakait szokás egy-egy anyag nevével jelölni, mint: bronzkor, vaskor. Egyes kutatók szerint a 3. évezred neve üvegkor lesz. A legkorábbi fennmaradt üvegrecept az asszír király, Asszurbanipál (Kr.e. 668-626) ékírásos agyagtábláin olvasható. A Kr.e. 1 századból származó - Plinius által leírt - recept is hasonló ehhez. Az évszázadok fejlesztési tevékenysége az anyag-összetételre és az előállítás technikájára irányult, ami kihatással volt az üveg minőségére. Krisztus előtt 3000 évvel az egyiptomi üvegművesek kenőcsös és olajos edényeikhez homokból készített mintázó magot forgattak üvegolvadékba. A magot az üveg dermedése után eltávolították. Thébai ásatásoknál találtak templomot (Kr.e. 2400.), melynek falképein üvegolvasztó kemencék, üveget fúvó alakok láthatók. Kr.e. 1000-ben, a Földközi tenger keleti medencéjében már ismerték az egyszerű öntési és sajtolási eljárásokat. Az alexandriai mesterek a Kr.e. 7 században kereskedelmi célokra is készítettek üveget. Kr.e. 332-ben Nagy Sándor alapított üveghutákat Alexandrában. Kr.e. 200-ban szíriai kézművesek alkották meg azt az üvegfúvó pipát, mely lényegében mindmáig változatlan. Az üvegfúvás volt az első fontos lépés ahhoz, hogy az anyagból épületek üvegezésére alkalmas táblák készüljenek. Rómában alexandriai mesterek honosították meg az üvegművességet. Művészi üvegeikhez sokféle technikát alkalmaztak. A birodalom népei közötti kapcsolatok kedveztek az új találmányok, így az üvegkészítés elterjedésének is. Az egész birodalom területén, a megfelelő homoklelőhelyek közelében, sorra épültek az üveghuták. Az üvegművesség császárság virágkorában élte első fénykorát. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A legrégibb építőüvegek a rómaiak idejéből, a Kr.e. 1. századból maradtak fenn. Az egyiptomi üvegkészítés hagyományait az arabok fejlesztették tovább, s ez továbbítódott a bizánci üvegkultúrába. A 4-7. sz. népvándorlásai után, ötszáz éven át az arab és bizánci üvegáru képezte a kereskedelem tárgyát. A 8. században alakult ki a velencei üvegipar, mely elsősorban dekoratív üvegtermékeiről lett híres, de mesterei korán tudtak ablaküveget és optikai lencsét is készíteni. 1291-ben a velencei üveggyártást Muranóba telepítették át. A sík üvegtáblák készítésének két ősi módszere a cilinderhengerlés (a felfúvott üveg felvágása és kivasalása) valamint a forgatott üveg (a felfúvott üveg koronggá alakítása). A cilinderhengerlési eljárást a 12. sz. elején egy Theophilus nevű szerzetes írta le. A forgatás technikája a szíreknél már a 8. évszázadban általános volt. Ez a módszer a 14. században, Franciaországban jelent meg újra, a terméket a holdüvegnek nevezték. A két eljárás végterméke igen különböző volt, de mindkettő vékony és kevéssé ellenálló volt.

16. sz. Németország: a kemence és az üvegkészítés folyamata

18. századi ábrázolás: forgatásos eljárás, a holdüveg készítése. Színes üvegezést már Konstantinus császár idején is alkalmaztak. Az üveganyaghoz fémoxidokat kevertek, s a cca. 15 cm átmérőjű darabokat ólomszalagokkal összefogva alakították ki a nyílásokba beépíthető táblákat.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A 10. században a figurális üvegfestészet legjelentősebb műhelye Tegernsee kolostora volt. A román stílus még kevés színt használt, a gótika viszont a festés mellett számos más eszközzel is élt. A damasztmintás hátteret hamarosan felváltotta a tájkép, s az üvegablak a táblaképfestészet versenytársává vált. A német Középhegység erdős vidékein megtelepedett üveghuták homokból és hamuzsírból zöldes színű üveget készítettek. A mesterség elterjedt Csehországban is. A vándorló üveghuták csak a 17-18. században telepedtek meg. A régi időkben tükörként polírozott réz vagy ezüst-táblákat használtak. Csak a 13. században, sikerült Németországban az üvegtáblát ólom-antimon összetételű anyaggal bevonva tükröt készíteni. Ezt az eljárást a velenceiek tökéletesítették, de a tükrök mérete még sokáig igen szerény maradt. Bizánc bukása (1453.) után Velence lett a nyugati világ üvegművességének központja. Fénykorát a 15-16. sz. idején élte. Az első velencei üvegművesek 1547-ben érkeztek Angliába. Nem sokkal később itt készült az első ólomkristály-üveg, mely a csiszolt díszüvegeken túl fegyverek optikai lencséihez is megfelelő volt. Az angol üvegipar expanziója – a széntüzelésű kemencék elterjedéséhez kötődve – 1670-1700 közé tehető. Az üveg végre valamennyi társadalmi réteg számára elérhetővé vált. A 17. sz. végére csak a bajor erdőségben 60 üveghuta működött, s számos technikai újítás született. XIV Lajos uralkodása idején, Franciaországban született meg a csiszolt tükörüveg gyártási módszere. Az 1,2x2 méteres tükörüveg táblák a korábbiaknál sokkal jobb minőségűek és olcsóbbak voltak. Az üveget alacsony olvadáspontú fémmel bevonva tükröket is készítettek. 1691-től kezdődően, a Saintgoben-i gyárban e módszerrel gyártottak tükörüveget. 1789-től pedig az üveg csiszolására és polírozására már gőzgépet használtak. Angliában ekkor már 1,9x3,0 m-es üvegtáblákat tudtak gyártani.

Öntött-üveg gyártása a 18. században A 19. sz. művészi üvegei készítésénél gyakran a régi eljárásokhoz nyúltak vissza. Példa erre a francia Gallée (a) és az amerikai Tiffany díszüveg (b).

a)

b)


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

E század az üveggyártás terén is újat hozott. A szénbányák termelése, a szóda-ipar és a vasút függetlenítette az üveggyártást a fakitermeléstől. Az üveghuták az erdőkből a jó közlekedési kapcsolatokkal rendelkező helyekre települtek. A hagyományos tégelyes olvasztó-kemencék a tömegtermelés igényeinek többé nem feleltek meg. Fr. Siemens 1856-ban új kádkemence típust fejlesztett ki, ezekben több száz tonna anyagot olvasztottak egyszerre, üzemmódjuk folyamatos volt, s hasznosították a hulladékhőt. A modern üvegtechnológiát számos kutató - Joseph Fraunhofer (1787-1826), Otto Schott (1851-1935), Ernst Abbe (1840-1905) – fejlesztő munkája vitte tovább. A 20. században az üveggyártás technológiai fejlődése viharos gyorsasággal folytatódik. A legfontosabb állomások:  1913-ban a belga Emile Fourcault-nak sikerül közvetlenül az üvegolvadékból táblát húznia.  1919-ben Max Bicheroux folyamatossá teszi az öntött-üveg gyártást. Már 3x6 m-es táblákat tudnak gyártani.  A float eljárás a legnagyobb jelentőségű újítás. Az úsztatott üveggyártás technológiáját Alastair Pilkington fejleszti ki 1959-ben. Az így gyártott üvegtábla a csiszolt tükörüveggel megegyező minőségű. 2. Az üveg Magyarországon Magyarországon az üvegkészítés legrégibb emlékei 14. századiak. Az Anjou királyok velencei hadjáratai nyomán jöttek olasz mesterek Magyarországra, s alapítottak üveghutákat. Nagy Lajos és Mátyás király udvarában velencei üvegtárgyakat használtak. A hazai üvegkészítésre a 18. századig az olasz, a 19. századtól pedig a cseh hatás nyomta rá bélyegét. Az üveghuták jó része a Felvidéken települt meg, ahol az erdő, mint az alapanyag (hamuzsír) és tüzelőanyag forrása egyaránt rendelkezésre állt. Az üveges tótok még az 1900-as évek elején is járták e huták termékeivel az országot. A régi Magyarország üvegiparáról a 18. századtól maradtak nyomok. Nagy felvidéki uradalmak cseh munkások alkalmazásával alapítottak üveghutákat, gyárakat elsősorban a fa értékesítése céljából. Ezek azonban nem tudtak versenyezni a külföldi üvegiparral már azért sem, mert a vasúthálózat fejlődése eredményeként tömegessé vált az üvegáru behozatala. Figyelemre méltó viszont, hogy Pesten már 1792-ben működött tükörüveg gyár. Egy 1881-es, a hazai iparfejlődést támogató törvény adott ismét lendületet a Siemenskemencékre alapozott üveggyártásnak. A felvidéki területek elcsatolását követően Borsod és Veszprém megyében indult el újra a hazai üveggyártás. 3. Az ablakok története Az építés történetét tanulmányozva feltűnik, hogy az egyszerű lakóház az uralkodó építészeti stílusoktól meglehetősen függetlenül fejlődött. Nyilvánvaló viszont a földrajzi hely, az éghajlat, a helyi építőanyagok, és az építési hagyományok befolyása. Az ókori keleti, de még a görög építészet sem alkalmazott a mai értelemben vett ablakot. A meleg éghajlatnak köszönhetően nem volt szükségük a nyílások elzárására, a terek védelmét pedig azok elrendezésével, belső udvarok köré történő csoportosításával oldották meg. Az északi, hűvösebb éghajlatú területeken az épülettel és szerkezeteivel szemben hővédelmi igényeket is támasztottak. A nyílások elzárására a különböző tájakon más és más fényáteresztő, víztaszító és légzáró anyagokat használtak. Ezeket fix, nyíló vagy toló keretekre szerelték, így az ablaknak a szellőzést szabályozható módon szolgáló, működő része is volt. A külső oldalra szerkesztett tömör fatáblák védelmet nyújtottak a téli és nyári időjárás,


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

a betörés és a belátás ellen. Mindez rávilágít arra, hogy a differenciált szerkezeti működés egyszerű eszközökkel is megvalósítható volt. A Kr.e. 1 században Vitruvius tíz könyvében írt a korabeli épületekről, építőanyagokról és technikákról. A rómaiak már ismerték és használták az üvegablakot. Régészek a Vezúv kitörésekor, 79-ben elpusztult Pompeji fürdőjében 100x70 cm befoglaló méretű, 12 mm vastag üvegtáblákat találtak. Az üveg azonban ritka és drága volt, így a lakóházak ablakainak fa kereteire általában olajos vásznat erősítettek. A Krisztus utáni első századokban a templomépítésben az üveg jelentősége növekedett, mint azt a Róma mellett 337-ben épült S. Paolo fuori le Mura székesegyház színes üvegablakai tanúsítják. A középkor egyszerű lakóházait vastag, tömör falakkal építették. A nyílások kicsik voltak, többnyire kétrészesek, a fölső részen a fix mezőt fényáteresztő anyaggal zárták el, az alsó részt nyitható fatáblák takarták. Télen gyakran az egész ablakot táblák fedték, nyáron pedig rács védte. A legfontosabb feladatot a templomépítés jelentette. A román tömör-falas szerkezeteit a 12. századra váltották fel a gótika „vázas” konstrukciói. Ez volt a történelmi építészetben az üveg alkalmazásának fénykora. A színes üvegezés gondolata Suger apát nevéhez fűződik, aki 1141-44 között építette fel a Párizs melletti Saint Denis apátság templomának kórus-körüljáróját színes ólom-üveg ablakokkal.

12. század, gótika: Saint Denis apátság, a kóruskörüljáró ólomüveg ablakai Az üvegfestészet nagy időszaka a 15. sz. volt. A templomok mellett a város- és kereskedőházak, sőt az előkelők palotái ablakait is színes üvegablakok díszítették. Az építészet Észak-Európában eltérő módon fejlődött, mint a Földközi tenger medencéjében. Angliában a Tudor dinasztia idején (1485-1603) az üvegépítészetben az egyház mellett már megjelentek a világi megbízók is. Erzsébet uralkodása alatt alakult ki az angol üveggyártás, s az üveg egyre elterjedtebb lett. Az üvegezett ablak megteremtette az időjárás elleni védelem lehetőségét, s egyúttal egy sajátos új stílus eszközévé vált (példa: Derbyshire, Hardwick Hall).


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Derbyshire: Hardwick Hall, R. Smythson: 1590-97. A 19. századig az építéshez természetes anyagokat használtak, s ezek tulajdonságai határozták meg az épület megjelenését. Kőkeretezésű nyílásokba, nyíló működésű fakeretekbe forgatott, vagy cilinderüveget építettek be. A barokk a feudalizmus utolsó szakaszának, a 17-18. századnak uralkodó stílusirányzata volt. Tereibe átlátszó üvegezésű, nagy ablakokon keresztül akadálytalanul áradt be a természetes fény. A hagyományos technika hiányosságait a 17. sz. végén kifejlesztett öntött-üveggyártás kiküszöbölte, a műhelyek már nagyméretű, szilárd és tiszta üveget tudtak szállítani. Ez az üveg tükör készítésére is kiválóan alkalmas volt, s az építészek éltek is a térformálás új eszközével (Versailles-i kastély tükörterme, 1678-84). Az ablak Angliában és Franciaországban másként fejlődött. Az angol kastélyok ablakai függőleges síkban toló szerkezetek voltak (a), a francia „croisé-ablak” a középfelnyíló szárnypár fölött fix vagy nyíló mezővel rendelkezett (b). Ez a két alaptípus vált a 18. századtól kezdődően általánossá.

a)

b) Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

4. Ablakfejlődés Magyarországon Magyarországon a barokk korból maradtak fenn jelentősebb mennyiségben építészeti emlékek. A lakóházak építőanyaga 1720 után már égetett tégla volt, a nyílásáthidalókat boltövekkel építették. Az ablakok jellemző formáját a kereszt alakú tokosztó borda adta. A kisméretű üvegtáblákból tok- és üvegosztó bordák rendszerével tudtak nagyobb méretű ablakokat kialakítani. Gyakori, hogy a külső síkra nyáron zsaluleveles, télen üvegezett szárnyakat helyeztek fel, ezzel követve az időjárást. Az ablak szerkezete pallótokos volt. A 18. sz. végétől a 19. sz. közepéig jellemző klasszicizmus új épülettípussal, az arisztokrácia és a gazdag kereskedők által épített bérházzal jelentkezett. Az épületek szerény anyagokból, egyszerű módon épültek. A szigorú vonalvezetésű homlokzatokban a nyílások záródása egyenes vagy félköríves, az ablak szerkezete pallótokos volt. A 19. sz. második felére megszülető eklektika az olasz reneszánsz formáit elevenítette fel. A hajdani palazzók homlokzatai zsúfolt bérházakat és hivatali épületeket takartak. Az ekelektika újat hozott az ablakok szerkezetében és formálásában, megszületett a kapcsolt gerébtokos szerkezet. Az első világháborút követő modern építészettel jelenik meg az egyesített szárnyú ablak. Az 1960-as évektől, az építés iparosításával válik általánossá a hőszigetelő üvegezésű nyílászárók alkalmazása. Ez az időszak újat hoz a keretanyagokban és ennek megfelelően a szerkesztési módokban is. 5. Üvegfalak, függönyfalak fejlődéstörténete A történelmi építészetben a falak – az elsődleges rendeltetésén túl – az épület meghatározó stíluselemét képezték. A 19. században megjelenő öntöttvas, acél (majd a 20. századi vasbeton) vázak a teherhordás és térhatárolás szétválasztását jelentették. A német építész, Gottfried Semper erről írt esszéje 1851-ben látott napvilágot. Ez a londoni világkiállítás éve, melynek fő látványossága a Joseph Paxton által tervezett acél – üveg Kristálypalota volt.

London, Kristálypalota, Joseph Paxton, 1851. A váz megteremtette a nagyméretű homlokzati üvegezett mezők kialakítását, ami jól látható az 1871-es nagy tűzvész utáni újjáépítéskor Chicago-ban megépült acélvázas Reliance Building és a párizsi Rue de Franklin-on 1903-ban megépült vasbeton vázas lakóház homlokzatán. A 20. sz. elején már számos szakkönyv foglalkozik a „vékony, másodlagos falszerkezettel”, a rájuk ható igénybevételekkel. Az első, a szó szoros értelmében vett függönyfal – a födém síkja előtt felfüggesztett bordákkal - a Fagus-Werke épületén Walter Gropius és Adolf Meyer tervei alapján 1911-12. épült meg. A szerkezet építészeti lehetőségeit a dessau-i Bauhaus új épülete mutatta meg a legkarakteresebben (Walter Gropius, 1925-26.)


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Bauhaus, Dessau: W. Gropius A kor építészeit elméleti, filozófia szinten is foglalkoztatta az új idők új üvegépítészete, mint az Mies van der Rohe berlini Friedrichstrasse-ra álmodott felhőkarcoló vázlataiban is tetten érhető. A csiszolt kristályhoz hasonló forma az ezredfordulón a Potsdamer Platz-on vált valóra a Sony Center irodatornyán. Az I. világháború után teret nyert modern építészet a lehető legtöbb fényt, levegőt és napot kívánta a belső terekbe bevezetni, ezért nagyméretű homlokzati üvegeket alkalmazott. Ezt az igény a korabeli szerkezetek nem tudták kiszolgálni, e terekben télen hideg, nyáron hőség és vakító fény volt. A hőérzeti, energetikai problémákra a tudomány (épületfizika) és a technika (épületgépészet) csak évtizedekkel később nyújt megoldást. (Tugendhat ház, Farnsworth villa)

Farnsworth ház, Mies van der Rohe, 1951. A II. világháború előtti években sok európai építész és művész vándorolt ki Amerikába. Mies van der Rohe legjobb művei is ott valósultak meg, mintegy a chicago-i építészeti iskola hagyományainak folytatásaként, mint erre példa a Lake Shore Drive épülete (Chicago, 1951.) A második világháború utáni újjáépítés Európában az üvegszerkezetekre is kihatással volt. Az építészek tudatosan törekedtek a teherhordó és térhatároló szerkezet szétválasztásának hangsúlyozására, a homlokzat transzparens héjként való megfogalmazására, az optikai hatás érdekében minimalizált bordakeresztmetszetekkel. E szerkezetek kifejezetten megkövetelik az ipari előregyártást, ami egybe vágott az építés hatékonyságának fokozására irányuló törekvésekkel. Az 1950-es évek egyik legjelentősebb épülete a Lever Building volt New Yorkban, melynek homlokzati bordaváza rozsdamentes acél lemezprofilokkal burkolt melegen hengerelt acélszelvényekből készült, s egyrétegű üvegezését kittágyba építették be. A tűzvédelmet belső oldali, falazott betonelemes mellvéd szolgálta. A koppenhágai Jespersen irodaház 1955-ben már hőszigetelő üvegezéssel készült. Az iparilag előregyártott függönyfalak sorában az egyik első a General Motors Technical Center Detroit-i épületén valósult meg (1949-56.). A függönyfal üvegezéséhez – az autókarosszéria gyártás tanulságait hasznosítva - tartósan rugalmas, műgumi üvegező-profilokat alkalmaztak. A födémsávba zárt paneleket építettek be. Az 1960-as évektől vált általánossá a lég- és vízzárást szolgáló szintetikus gumitömítések alkalmazása. A fejlesztés jelentős eredménye volt az üvegfal bordaváza teherhordó részének a Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

belső tér felé fordítása, és a bordák hőhídmentes kialakítása. Az első hőhídmentes profilrendszert Németországban 1962-ben építették be. A szintetikus tömítések fejlesztése során szilikon-ragasztókkal is kísérleteztek, ezek vezettek a látszó keret nélküli üvegfalakhoz. Az első Structural Glazing (SG) homlokzat 1963-ban épült meg, s ezt követően a rendszer nagyon gyorsan elterjedt. A fejlődés jól érzékelhető az 1950-es években épült Seagram building (Mies van der Rohe, 1954-59.) „I” acél lizénás homlokzatát egy ezredfordulón épült SG homlokzat mellé helyezve. Az SG homlokzatok elsősorban a klimatizált épületek szerkezetei, hiszen az 1970-es évekre ez a technika már általánossá vált. A következmények ismertek (Berlin, National Galerie: Mies van der Rohe,1968.)

Seagram building: Mies van der Rohe, 1954-59. Az elődök a nagy középületeket a száz évet meghaladó élettartamra tervezték. Harminc – negyven éves függönyfalakat szemlélve e szerkezetek időtállóságát tekintve komor következtetések adódnak (Bécs UNO City, 1973-79.) Az 1973-74-es energiaválság arra késztette a szakembereket, hogy az alapoktól kezdve vizsgálják meg az épület és környezete közötti energiacserét. A hőveszteség korlátozására irányuló egyoldalú szemléletmódot komplex problémakezelés váltotta fel. Az újgenerációs, kéthéjú üveghomlokzatok felépítése: külső oldali üvegkéreg - árnyékolót is befogadó köztes légtér - belső térrel határos, teljes értékű üvegfal. Ezek a szerkezetek a külső és a belső térben bekövetkező változásokra teljesítményük változtatásával reagálnak, vagyis intelligens módon viselkednek. A 20. sz. első évtizedeinek kiváló építészei terveikkel gyakran megelőzték korukat. Le Corbusier már 1929-ben kísérletezett kéthéjú üvegfallal, ez akkor még megvalósíthatatlan volt. Ötlete fél évszázaddal később jelent meg a londoni Lloyd’s Biztosító székházának légelvezető homlokzatán (1978-86.). A kéthéjú szerkezetek elméletének kiforrott megoldását a „debis” jeleníti meg a berlini Potsdamer Platz-on (Renzo Piano, 2000.). A modern üvegfalak tervezését és a gyártását – és persze az épület üzemeltetését is – természetesen számítógép segíti.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Berlin, Potsdamer Platz, „debis”: Renzo Piano 1992 -2000. 6. Üvegezett térlefedések fejlődéstörténete A római birodalomban az üvegházakat csillámlemezekkel (népies nevén máriaüveggel) fedték, így termeltek például uborkát Tiberius császár számára. Az üvegházat ismerték a középkorban is, Hollandiában a 16. században számos ilyen működött. A 17. századtól Angliában és a kontinensen kifejezetten divat volt növényházat, pálmaházat, orangerie-t építeni. Ezeket az építményeket a vas és üveg a gyakorlat során megtapasztalt együttdolgozására alapozva hozták létre. Térlefedésként az első üvegezett vasszerkezetű, rúdrácsos kupolát 1813-ban építették Párizsban (Halle au blé, J. Brunet). A 41 m átmérőjű kupola négyszög alakú rúdhálózatának deformációját az üvegtáblák akadályozzák meg, ez a merevítő hatás azonban számításokkal nem igazolható. Ebben az időben, Angliában - pusztán a tapasztalatokra hagyatkozva - olyan üvegezett rúdrács héjszerkezetű pálmaházakat építettek, melyek évszázadokkal megelőzték korukat. (Devon, pálmaház, 1820-40.)

Devon, pálmaház, 1820-40. A 19. században az ipar, a kereskedelem és a közlekedés céljaira nagyméretű csarnokokat kezdtek építeni, melyek természetes bevilágítását felülvilágítók, üvegtetők szolgálták. A klasszikus megoldást a ragacsolt és ragacs nélküli üvegfedések jelentették. A középületek, Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

bankok, szállodák előcsarnokainak üvegtetőit - a már megtapasztalt páraproblémák elkerülésére - üveg páramennyezettel egészítették ki. Tartószerkezeti anyagként az öntöttvas, később az acél kínálkozott, a mérnöki megoldásokat a hídépítési tapasztalatok szolgáltatták. A statika csak az 1860-as évektől vált önálló tudománnyá. Ekkortájt a tervezés szinte legfontosabb szempontja számíthatóság volt, mégis szokatlanul szép és nagy szerkezetek épültek (Milano, Galeria Vittorio Emanuel, 1865.) Később már méretezés alapján meghatározott, vastagabb rudakból, nagyobb hajlítási merevséggel rendelkező szerkezeteket építettek. A nagyobb keresztmetszetek következtében azonban az üvegfelület átláthatósága jelentős mértékben lecsökkent. A rúdrács héj merevítése és számításokkal történő igazolása Johann Wilhelm Schwedler (1823-94) német építőmérnök nevéhez fűződik. A később róla elnevezett szerkezetet (Schwedler-kupola) először 1863-ban Berlinben a Gasometer lefedésénél alkalmazta.

Schwedler kupola A 20. sz. első évtizedeiben tömegével épületek nagyfesztávú acél csarnokok üvegfedéssel. Helyüket az 1930-as évektől kezdődően a vasalt beton héjszerkezetek vették át, melyek felülvilágítós változatokban is - elsősorban gazdaságossági szempontokat szolgáltak. E szerkezetek érdekes előfutára a Franz Dischinger által tervezett Zeiss-planetárium Jena-ban (1924-26.) Az üvegtetők fejlődésének az alumínium nyílászáró profil- és hőszigetelő üveggyártás, valamint a függönyfalak építési tapasztalatai adtak lendületet. Az üvegtető geometriája és erőjátéka összefügg. A legelterjedtebb változatot a kéttámaszú hajlított tartók képviselik, ezek aláfeszített változatai lehetővé teszik a nagyobb fesztávok karcsú szerkezetalakítását. Járatos megoldást jelentenek a rácsos- és ívtartók is. Az 1970-es évek nagy fesztávú üvegtetőinek tartószerkezete többnyire acél volt, erre kerültek az üvegfogadó bordák extrudált alumíniumprofiljai. E hierarchikus szerkezet előnye a teherhordó és térhatároló szerkezetek méret-eltéréseinek egyszerű kiegyenlítése, hátránya a felület átlátszóságának csökkenése. Az üvegtető – hőszigetelő üvegezéssel is– csak a 20. sz. végére nyerte vissza azt a transzparenciát, mely 19. századi elődjeire jellemző volt. Az átlósan vezetett merevítőkkel Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

kialakított üvegezett héjszerkezet új generációjának megalkotása Jörg Schlaich nevéhez fűződik. A tartószerkezet rendkívüli karcsúsága szinte anyagtalan megjelenést kölcsönöz a fedésnek (Hamburgi Történeti Múzeum belső udvarának lefedése, 1990.).

Hamburg, Történeti Múzeum udvarlefedése üvegezett héjszerkezettel: Jörg Schlaich, 1990. A modern építészet hatásos nagytér lefedő szerkezetei a kötélhálók. Az ellentétes irányban görbült kötélhálókban kisebb erők ébrednek, mint a sík kötélhálókban és az alakváltozások is kisebbek. A hálófelület stabilizálása az ellentétes görbületű, feszítő- és teherhordó-kötelek összjátékán alapul. Szabályos geometriájú szerkezetek lefedéséhez szilikátüveg, összetettebb hálógeometria esetén szerves-üveg táblákat használnak. A hálók fedése történhet a hálószemek egy csoportját lefedő nagy táblákkal is, rögzítésükre a pontmegfogások a legmegfelelőbbek. A megoldás talán legismertebb példája a Müncheni Olimpiai Létesítmények lefedése (Jörg Schlaich, 1972.).


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Függesztett kötélháló, akril-üveg táblákkal: München, Olimpiai létesítmények, 1972.

Irodalom: 1. M. Wigginton: Glas in der Architectur, DVA, 1997. 2. Kuslits Tibor: A függönyfal – Egy épületszerkezeti elem jelentéstana és fejlődéstörténete. Alaprajz, 1998/1. 3. J. Schlaich, H. Schober, J. Knippers: Vom Bogen zur Tonne: Der Weg zum Trgawerk des Fernbahnhofs Spandau, Detail, 1999/4. 4. internetes oldalak


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

2. Szilikát (szervetlen) üvegek fajtái és műszaki tulajdonságai Dr. Nehme Salem Georges 1. előadása Tartalom: 1. Az üveg fogalma 2. Az üvegtechnológia története (magyar vonatkozásokkal) 3. Szervetlen üvegek 4. Felhasználási területei 5. Főbb fajtái alapanyagok szerint és azok felhasználási területei 6. Főbb fajtái kialakulásuk szerint és azok felhasználási területei 7. Üvegtermékek felosztása 8. Az üveg tönkremenetele 1. Az üveg fogalma Az üveg nem kristályos, amorf, rideg anyag, amely széles olvadási intervallummal jellemezhető, jól alakítható magas hőmérsékleten, nagy átlátszósággal és csekély elektromos vezetéssel rendelkezik. American Society for Testing and Materials (ASTM) ismert definíciója szerint az üveg szervetlen anyag, mely olvasztás útján keletkezett és lehűléskor kristályosodás nélkül dermedt meg. Náray-Szabó István szerint (Építőanyag, XIX. évfolyam, 1967. 7. szám, 243–244.) "Az üveg nem periódusosan elhelyezkedő atomokból vagy ionokból álló hálózat, melynek részecskéit erős, az egész hálózaton három dimenzióban átvonuló kémiai kötések tartják össze." Ezen definíciót egyaránt lehet szervetlen és szerves üvegekre alkalmazni. 2. Az üvegtechnológia története (magyar vonatkozásokkal) Gépesített üvegipar. XIX.sz.vége - az üveg manufaktúrákat felváltja a gépesített üvegipar (széngázzal olvasztott üveg). A XIX. századi ipari forradalom hatására az építészetben megvalósulhattak a hatalmas vasüveg szerkezetek. Ez volt az üvegházak, fényűző télikertek, üvegezett galériák időszaka. 1884. évi ipartörvény Magyarországon szabad iparnak minősíti az üvegművességet (szétválik a gyáripar és kézművesipar). 1900-ban kezdődött meg az 1 m átmérőjű, 12 m magas hengerek mechanikus gyártása, melyből a 3 × 12 m-es üveglapok származnak. Ez a gyártási szisztéma egészen a második világháborúig élt, főleg néhány amerikai gyárban. Üveg a magánfelhasználásban. A kézművességtől a gyártósorokig az egyik kulcsszereplő Otto Schott (1851-1935) német tudós volt, aki tudományos módszerekkel tanulmányozta az üveg hő hatására változó kémiai és optikai tulajdonságait. Majd 1902. március 25-én Irving Wightman Colburn (1861-1917) szabadalmaztatta az ablaküveggyártást elősegítő gépét. 1904. augusztus 2-án pedig Michael Owens (1859-1923) rukkolt elő első üvegformázó gépével, mely már üvegpalackok, korsók, poharak készítésére, sorozatgyártására is alkalmasnak bizonyult. 1913-tól gyártanak húzott üveget a Fourcault-eljárással. 1916-ban megszületett a Libbey-Owens-féle eljárás, mely lehetővé tette a nagy vastagságú, jó minőségű húzott üvegek gyártását. 1920-ban, a Saint Gobain által valósult meg az öntött üveg gyártása közvetlenül a kemencéből érkező olvasztott üvegből, mely ezt követően hengereken haladt keresztül.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Trianon következtében határokon kívül került a magyar üvegipar zöme. 1925 óta gyártanak húzott üveget Pittsburgh-eljárással, mely lehetővé tette az optikai hibák mérséklését. 1929-ben Zagyvapálfaván megépítik a Fourcault rendszerű táblaüveghúzó üzemet. 1935 Miskolc: az öntöttüveg gyártásának kezdete. 1936-ban kezdődött az üvegszál gyártása. 1959-ben a Pilkington gyár tett először kísérletet a Float üveg gyártására. 1972-ben Orosházán, Salgótarjánban síküveggyárak létesülnek. 1981-től Budapesten működik pl. a Rákosy Üvegipari Egyéni Cég, mely három generációra nyúlik vissza és jelenleg Rákosy Glass Kft. néven 20000 m2-en végzi tevékenységét. 1991-ben felépül az első float üveggyár Orosházán (HUNGUARD). Több üvegipari feldolgozó cég is megjelenik a magyarországi piacon. 2007-ben pl. Orosházán elindul a LOW-E bevonatoló gyártósor. 3. Szervetlen üvegek Alapanyagai Az üveg homok, mészkő, szóda, esetleg színezőanyag megolvasztott keverékéből gyártott rideg, keménynek tűnő átlátszó anyag. Szerkezetének legfontosabb összetevői a szilícium és az oxigén (szilícium-dioxid; kovasav). Tartalmaz továbbá fizikai tulajdonságait meghatározó fémeket, leggyakrabban nátriumot, káliumot, kalciumot, ólmot, magnéziumot, báriumot. Ez a természetben bárhol fellelhető anyag tette lehetővé az embernek, hogy egy a fényt átengedő, de a környezeti behatásoktól mentes építő felületelemhez jusson pusztán homokból. Az 1.1. táblázatban soroljuk fel az üveg fő alkotóit és hatásukat az üveg tulajdonságaira. 1.1. táblázat: Az üveg fő alkotói Üvegek fő Jele Szerepe alkotói Kvarc (az üveg SiO2 Az üveg legfőbb anyaga legfőbb alapanyaga) Bór-trioxid B2O3 Csökkenti a viszkozitást, Gátolja a kristályosodást, Javítja a korrózióállóságot Kálium-oxid K 2O Szebbé tesz az üveg felületét (folyosító) Javítja a préselhetőséget Nátrium-oxid Na2O Csökkenti az olvadási (folyosító) hőmérsékletet, Csökkenti a viszkozitást, Rontja a mechanikai tulajdonságokat Égetett mész CaO Csökkenti a viszkozitást, javítja (stabilizátor) a mechanikai tulajdonságokat MagnéziumMgO Gátolja az üveg kristályosodását oxid (stabilizátor) Cirkónium oxid ZrO2 Javítja a mésszel szembeni korrózióállóságot Timföld Al2O3 Javítja a mechanikai Alumíniumtulajdonságokat, oxid Csökkenti a kristályosodási képességet

Arány

E üvegnél 10%

Olvasztásához felhasznált anyagok Tiszta kvarchomok (vas-oxid tartalom < 0,2 m%) Bórsav, borax

1% - 8%

K2CO3, KNO3

A üvegnél 15% E üvegnél 1%

Na2CO3, Na2SO4 koksz, NaNO3

A üvegnél 7-18% E üvegnél 15% mind két típusnál 4%

Dolomit, márvány Dolomit

A üvegnél 1-2% E üvegnél 15 %

Földpát, Al(OH)3

A üvegnél 72% E üvegnél 55%


+

mészkő,

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Gyártási segédanyagai  Tisztulást segítők: a gázbuborékokat távolítják el az olvadékból.  Olvasztást gyorsítók (folyósítók): az alapanyagok feloldódását segítik, leszállítják az olvadáspontot.  Színtelenítők: a nem kívánatos színező és szennyező anyagok hatását szüntetik meg. Az alapanyagok leggyakrabban vasoxidot tartalmaznak. Amennyiben a mennyisége meghaladhatja a 0,1%-ot, a színtelenítők hatása nem érvényesül, az üveg zöldes árnyalatú lesz.  Színezők: megkülönböztetünk molekuláris és kolloidális színezőket. Molekuláris színezők: az üveg alapanyagaival együtt megolvadnak és beépülnek az üveg szerkezetébe. Nyersanyagai vas-, mangán-, kobalt-, nikkel-, króm-, réz-, szelén- és urán vegyületek. Kolloidális színezők: az alapanyagokkal megolvadnak, de megszilárdulás után még nem színeznek. Hatásuk csak akkor érvényesül, ha az üveget újra felmelegítik. Ekkor a színtestecskék finom eloszlásban kiválnak. Így készül pl. az arany és a rézrubin üveg. Nyersanyagai: arany, ezüst, réz.  Tejesítők (opálosítók): az üveget fehérré teszik. Nyersanyagai a fluor- és a foszforvegyületek. A színes opálüveg színező anyagot is tartalmaz. Szerkezete

a) kristályos kvarc;

b) kvarcüveg;

c) nátronüveg

1.1. ábra: A kristályos kvarc, kvarcüveg és nátronüveg szerkezete Előállítása, gyártása Lényegében az üveg készítésének módja a kezdetektől máig ugyanaz maradt, csak a technika fejlődött, és a nyersanyagok finomodtak. A különféle üvegfajták a nyersanyagok különféle keverékét igénylik. Az öntött üveg köztük a legismertebb, amely kvarchomokból, szódából, szulfátból és mészkőből készül. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Az üvegolvasztáson a pontos mennyiségben adagolt alap-, segéd- és nyersanyagok nagy hőmérsékleten üveggé való átalakítását értjük. Ez egy bonyolult kémiai folyamat. A kristályos anyagok nem kristályossá, üveggé alakulnak. Szakaszai a folyamatos hő hatására az alábbiak: 1. Szilikátképződés: az adagolástól a megolvadásig tart. Átlátszatlan folyadék keletkezik. 2. Üvegképződés: az olvadék átlátszó, hígfolyós lesz, sok buborékkal. 3. Tisztulás: kb. 1500°C-on a buborékok eltávoznak, az üveg egynemű lesz. 4. Lehűlés: a formázási hőmérsékletre hűtik vissza az olvadékot. Olvasztása: Szilikátképződés a következő egyenletek szerint: Na2CO3 +SiO2 → Na2SiO3+CO2 CaO+SiO2 → CaSiO3 2Na2SO4+C+2SiO2 → 2Na2SiO3+2SO2+CO2 Az olvasztás tűzálló téglákkal bélelt gázzal vagy villamos árammal fűtött kemencékben történik. Utómunkálatok: Hűtés után az üvegárukon még különböző utó-megmunkálási műveleteket végeznek. Az éles peremeket csiszolással vagy leolvasztással tompítják.

1.1. kép: Éles peremek csiszolása (Welsch Bianka és Fábián Péter készítette) Ragasztással vagy laminálással készítik a többrétegű, golyóálló biztonsági üveget, hőkezelési eljárással az edzett és a „félig-edzett” azaz hőkezelt üveget. Díszítések: Csiszolással az üveg esztétikai értékét, fénytörő képességét, színszórását, optikai tulajdonságait lehet fokozni. A csiszoláshoz általában gyémántport vagy az üvegnél keményebb csiszolókorongot használnak. Véséssel, savmaratással, színezéssel, festéssel, irizálással, homokfúvással, fémbevonatokkal, fátyolüveggel lehet az üveg esztétikai értékét fokozni.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

1.2. kép: Savmaratás (Welsch Bianka és Fábián Péter készítette)

1.3. kép: Homokfúvó berendezés (Welsch Bianka és Fábián Péter készítette)

1.4. kép: Homokfúvott üveg homlokzat (Amt für Abfallwirtschaft, München, Heiner Blum) Az üveg formázása: Az olvadékból üvegtárgyakat vagy félkész termékeket készítenek. A különböző, egymástól igen eltérő technológiákkal öblös- és síküveget, üvegcsöveket és szálakat gyártanak.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

viszkozitás: 450 – 500 C° 500 – 550 C° 550 – 600 C° 675 – 725 C° 650 – 1100 C°

1.2. ábra: Az üveg viszkozitása Síküveg gyártás: Húzás: az üvegszalagot az olvadékból hengerpárok között húzzák függőlegesen felfelé, 2-8 mm vastag síküveg készíthető a módszerrel. Hengerlés: folyamatos öntéssel, vastagabb síküvegeket állítanak elő. A huzalbetétes táblákat, amelyek nagy teherbírású biztonsági üvegek szintén ezzel a módszerrel készítik. A síküveg gyártás technológiai folyamatát a 1.3. ábrán mutatjuk be.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

1.3. ábra: A síküveg gyártási folyamata (www.vilaglex.hu/Lexikon/Kepek/UveGyart.jpg)


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Fizikai és mechanikai tulajdonságai Az üveg legfontosabb fizikai és mechanikai tulajdonságait a 1.2. táblázatban foglaljuk össze. 1.2.

táblázat: A üveg legfontosabb fizikai és mechanikai tulajdonságai Üveg fizikai tulajdonságai Rugalmassági modulus (E) Nyírási modulus (G) Poisson tényező Kúszási tényező Hőtágulási együttható (α) Hővezetési tényező Lágyulási hőmérséklet Sűrűség az ólomüvegé Nano-szilárdság* Nyomószilárdság Húzószilárdság Névleges hajlító-húzószilárdság Normál síküveg Hőkezelt üveg Edzett üveg Fajhő Kvarcüveg (c) Ablaküveg (c)

70000-72000 N/mm2 30000 N/mm2 0,22-0,25 0,5-1 % 88 × 10-7 1/°C 1 W/mK 560-600 °C 2,5 g/cm3 6,3 g/cm3 11000 N/mm2 700-900 N/mm2 33-81 N/mm2 40 N/mm2 85 N/mm2 150 N/mm2 0,75 J/gK 0,84 J/gK

*) A húzószilárdság függ a szál vastagságától. Az 5-7 μm-es szállak húzószilárdsága 2000 N/mm2, az 1 μm alattiaké 11000 N/mm2 feletti. Az üvegek hirtelen hőmérsékletváltozásra általában érzékenyek. A hőmérsékletváltozással szemben ellenállásuk (hőlökés-állóságuk) a hőtágulási együtthatójuktól, a hővezetési tényezőjüktől és a szilárdságuktól függ. Az üveg tervezési szilárdságait a 1.3. táblázatban több féle európai szabvány és 60o feletti hajlásszög figyelembe véve foglaljuk össze. ()-ben a 60o alatti értékek. 1.3.

táblázat: Az üveg tervezési szilárdságai

Üvegfajta

ÖNORM B3721 EN Fejfeletti EN N/mm2 üvegezésnél Függőleges (vízszintes) üvegezésnél N/mm2 N/mm2

Ablaküveg (floatüveg) 30 (12) Öntött üveg (ornamensüveg, dróttal erősített ornamensüveg, csiszolt 20 (8) üveg) Húzott oldalán bevonatos 1 rétegű 50 (20) edzett üveg 1 rétegű edzett üveg Többrétegű üveg ablaküvegből 30/rétegszám Többrétegű üveg ablaküvegből Többrétegű üveg edzett üvegből 50/rétegszám

12

18

8

10

50

50

30 15 25

30

Hőkezelt üveg


DIN 1249 1. és 10. rész N/mm2 30

50

40

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Edzés hőkezelés során a külső felületek lehűlése gyorsabb lehűlése miatt feszültségeloszlás alakul ki az üvegben (lásd 1.4. és 1.5. ábra): felületi feszültség: 140-170 N/mm2 belső feszültség: felületi feszültség/2

1.4. ábra: Edzett üveg (a), hőkezelt üveg (b), kémiailag kezelt üveg

1.5. ábra: Feszültségeloszlás alakulása az üveg keresztmetszetében edzés után 18

Testing on +23°C

F-EVA 16

E_3_1_D_20 mm E_3_3_D_20 mm E_3_2_D_50 mm E_3_4_D_50 mm E_3_1_F_20 mm E_3_2_F_20 mm E_3_3_F_20 mm E_3_4_F_20 mm E_3_1_R_20 mm E_3_2_R_20 mm E_3_3_R_20 mm E_3_4_R_20 mm

1. Phase

R-resin

14 12

Force, kN

10

2. Phase

8 6 4

3. Phase

D-only with spacer

2 0 0

10

20

30

40 50 Deformation, mm

60

70

80

1.6. ábra: Többrétegű (laminált) üvegek erő lehajlás diagramja (+23 C°-on végzett vizsgálatok, E- edzett üveg; első számjel: -rétegszám, második számjel próbatest; F- EVA fóliás laminált ; R-gyantás laminált; D-távtartós) (Pankhardt Kinga kísérletei)


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Fénytani tulajdonságai Az építőipari felhasználásnál a legfontosabb jellemző a fényáteresztő képesség. A színtelen üvegek a látható hullámtartományban (380-780 nm hullámhosszúság) a fény nagy részét áteresztik. Egy kisebb része visszaverődik és egy ugyancsak kis része pedig elnyelődik. Az üveg fényátbocsátó-képessége függ a beesési szögtől, és a vastagságtól. Merőleges beeséskor a visszavert fény mennyisége 10-12%, amelynek egy része másodlagos sugárzásként áthalad az üvegen, A fényátbocsátás mértéke  síküvegre: 80-90%  öntött üvegre: 80%  mintás üvegre: 10-80% . A csiszolás, maratás és a vastagság növekedése csökkenti az üveg áteresztőképességét.

1.7. ábra: Az üveg fénytani jellemzői Elektromos tulajdonságai Az üveg szobahőmérsékleten jó elektromos szigetelő. Vezetőképessége a hőmérséklettel nő. A nedvesség hatására korrodált üvegen vezetőréteg alakul ki, és ilyenkor az üvegfelület vezetővé válhat. Szilikonos kezelés, felületi szilikon réteg javítja az üveg elektromos ellenállását. Kémiai tulajdonságai Az üveg kémiai ellenálló képessége meghaladja az összes többi ismert anyagét, így laborokban is igen elterjedten használják. Üveg fajtánként a kémiai ellenálló képesség változik. Az üveg vegyi ellenálló képessége jó, csak a hidrogén-fluorid (HF) és a forró, tömény lúg (NaOH, KOH) oldja, mivel az üveg savas kémhatású. A szilikátüvegek kémiai ellenállása különféle agresszív anyagokkal szemben igen jó, kivéve a hidrogén-fluoridot és a foszforsavat, valamint a forró alkálilúg oldatokat. Az üvegek fényes felületüket hosszú éveken át megtartják. Sokáig tartó vízhatásra, azonban az üvegfelület korrodálódik, mivel alkáli oxidok oldódnak ki, melyek lúgos oldatként hatnak. Ennek hatására az üveg helyenként „megvakul”, felülete opálossá válik, ami az átlátszóságot rontja. Ez különösen az ablaküveg nem megfelelő, nedves körülmények közötti tárolásakor jöhet létre. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A szilikátüveg lúgos kémhatású anyagokkal szembeni ellenállása az idők folyamán csökken, például a betonban elhelyezett üvegszálak a beton lúgos kémhatása következtében tönkremennek. Ezért fejlesztették ki az alkáliáknak ellenálló üveget. Ugyanezért a betonok és habarcsok megtámadják az üveget, és nyomot hagynak rajta. Az építkezés során ezért óvni kell a habarcs ráfröcskölésétől. A boroszilikát üveg víz, savak, sóoldatok, szerves vegyületekkel, de még a halogénekkel szemben is pl. klór, bróm igen ellenálló. A lúgokkal szemben is az ellenálló képessége megfelelő. Egyedül a fluorsav, koncentrált foszforsavak és erős lúgok támadják meg magasabb hőmérsékleten láthatóan az üveg felületét. A boroszilikát üveg természetes anyagok felhasználásával készül, (kvarchomok, só, szóda) és nem tartalmaz olyan anyagokat, amelyek az embert vagy a környezetet szennyeznék. Az üveget újra fel lehet használni. Tűzállósága Tűz esetén az üveg a hő lökések hatására összetörik. A hő lökésekkel szembeni ellenálló képesség edzéssel fokozható. Színezése A színes üvegeket fém nanorészecskék hozzáadásával festik. A színezőanyagok aránya 0,1% körüli. A legtöbbet alkalmazott fém az ezüst és az arany, néhány nanométeres átmérőjű nanorészecskék formájában. A nanorészecskék alakja is döntő; nem mindegy, hogy gömb, lemez vagy ellipszoid alakú. Az üvegek fehérítésére fém-oxidokat adagolnak az olvadékhoz; ezek a szennyezéssel komplementer színárnyalatot adják.  Vas-oxid: a vasion vegyértékétől függően zöld-kékeszöld vagy barna, esetleg sárga  Réz-oxid: a két értékű rézionoktól kék, az egy értékűekétől piros  Króm-oxid: a vas-oxiddal együtt zöldre színez  Urán-oxid: sárgászöld, UV-fényben zölden fluoreszkáló színt ad. Főként a szecesszió idején használták, ma az urán radioaktivitása miatt nem gyártják  Kobalt(II,III)-oxid: élénk kék; színmentesítésre is alkalmazzák. A kobalt-aluminát is kék színt ad  Nikkel-oxid: vöröseslila, szürke. Színmentesítenek is vele  Mangán(IV)-oxid: zöld színárnyalat eltávolítására  Szelén-oxid: rózsaszín, piros  Ezüst: sárga  Indium-oxid: sárga, borostyánsárga  Neodímium: rózsaszín, lila  Prazeodímium: zöld  Szamárium: sárga  Európium: élénk rózsaszín  Arany: rubinvörös. Előzőleg királyvízben oldják. Az egyik legdrágább szín


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

4. Felhasználási területei Nem teherhordó szerkezetek: - a poharak mindennapjaink kellékei - dísztárgyak (váza, üvegtál, mécses, hamutál, stb.) - nem teherhordó térelválasztó elemek (zuhanykabin, üvegfal, üvegtégla, stb.) - fontos csomagolóanyag - bútorok - lámpák - szemüveg lencsék… Teherhordó szerkezetek: - födémek, gerendák - üvegfalak, homlokzatok - medencék - korlátok, fogózkodók, kapaszkodók…  Öblösüveg: Háztartási üvegáruk, díszműáruk, Fúvás: az öblösüvegek előállítására szolgáló kézi formázási módszer. Az üvegfúváshoz ma is az ősi üvegfúvó pipát használják. Nehéz fizikai munkát igényelő, drága módszer. Esztétikus, értékes üvegáruk készítéséhez használják. Poharak, kancsók, kelyhek, vázák stb. készülnek ezzel a módszerrel. Gépi eljárások  Préselés: szerszám segítségével végzik. A forma aljába vágott üvegcseppet a présdugó méretre préseli. A gyártást félautomata vagy automata gépeken végzik. Vastag falú poharakat, izzó burákat, díszmű árukat, stb. készítenek a módszerrel.  Centrifugálás: gyorsan forgó formában az olvadék a centrifugális erő hatására felveszi a forma belső alakját. Külső paláston mintás tárgyak is készíthetők.  Présfúvás: a gyártás két lépésben történik. Először egy előformába préselik az üveget, majd a készformában fújják végleges formára. Palackok, konzerves üvegek, illatszeres üvegek, lámpatestek gyártására alkalmas eljárás.  Ribbon-féle ballon gyártás: a gépből kifolyó üvegsugarat hengerek között lepénnyé alakítják, majd fúvófejek fújják készre az üvegballonokat. Teljesen automatizált, gazdaságos eljárás.  Lakásvilágítási cikkek, palackok, ballonok  Üvegek, tükrök, optikai üvegek  Üveggyapot hő- és hangszigetelésre  Üvegszál védőruházathoz, műanyaggal összedolgozva 5. Főbb fajtái alapanyagok szerint és azok felhasználási területei Kvarcüveget: Tiszta szilícium-dioxidból (SiO2) állítanak elő. Kitűnően viseli a hőmérséklet-változást vegyszerállósága jó. Készítenek belőle pl. laboratóriumi eszközöket, stb. Nátronüveg (közönséges vagy normál ablaküveg): Alapanyaga a kvarc (SiO2), a szóda (NaCO3) és a mészkő (CaO). Nagy mennyiségben készítenek belőle pl. poharakat, palackokat, ablaküveget, konzerves üveget stb.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Káliüveg (kristályüveg vagy csehüveg): Alapanyaga a kvarc (SiO2), a kálium-karbonát (K2CO3) és a mészkő (CaO). Hőálló. Készítenek belőle laboratóriumi üvegeszközöket, dísztárgyakat, értékesebb háztartási eszközöket (pl. poharakat stb.) Hőállóüveg: Alapanyaga a kvarc (SiO2) a bór- és az alumínium-oxid (B2O3, Al2O3). Hőtágulása kicsi. Laboratóriumi eszközöket, háztartási üvegárut, világítástechnikai cikkeket készítenek belőle. Ólomüveg: Nagy tisztaságban előállított üvegfajta. Könnyen csiszolható. Poharakat, dísztárgyakat, tálakat, tálcákat és optikai lencséket stb. Az üvegben levő ólom leárnyékolja a röntgensugárzást, nagy törésmutatóval és diszperzióval bír. Tej- és opálüveg: Gyártásánál homályosító anyagokat adagolnak az üvegolvadékhoz. Így az üveg matt, nem átlátszó, bizonyos mértékig hőálló lesz. Fehér változata a tejüveg. Vízüveg: Kétalkotós, a szilícium-dioxid mellett csak szódát tartalmazó üvegfajta. Hideg vízben oldódik. Őrlemény vagy vizes oldat formájában kerül forgalomba. Felhasználják faszerkezetek lángmentesítésére, habarcsokba, cementbe, festékekbe adalékanyagként, öntőformák kötőanyagaként. 6. Főbb fajtái kialakításuk szerint és azok felhasználási területei Az építőiparban használt üvegfajták és felhasználási területük a 1.4. és 1.5. táblázatokban foglaljuk össze. 1.4. táblázat: Építőanyagként használt üvegfajták, felhasználási területük és alkotóik Üvegfajta Jele Alkálikus üveg A üveg E üveg

Alkálikus üveg Semleges üveg Boroszilikát üveg Kvarcüveg Cirkonüveg

Fő alkotói

Felhasználási területe

SiO2 +Na2O és/vagy K2O + CaO és/vagy MgO SiO2 + CaO és/vagy MgO +B2O3 SiO2 SiO2 + ZrO2

Húzott, hengerelt és sajtolt síküveg, üvegszál bitumenes fedéllemezhez Finomüvegszál erősített műanyagokhoz, hőszigetelő anyagokhoz Külömleges feladatokhoz Finomüvegszál szálerősített betonhoz

1.5. táblázat: Építőanyagként használt üvegfajták, felhasználási területük és alkotóik Az üveg fajtája Öblösüveg Síküveg Üveggyapot Üvegszál Cső- és botüveg

Felhasználási területe Háztartási üvegáruk, díszműáruk, lakásvilágítási cikkek, palackok, ballonok Nyílászárók üvegei, kétrétegű hőszigetelt üvegek, tükrök, optikai üvegek Hő- és hangszigetelés anyagai Védőruházathoz, műanyaggal összedolgozva csónakok, kerékpárok váza, tartályok, kádak Ipari üvegcsövek, fénycsövek, laboratóriumi eszközök, hőmérők


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Huzalbetéses üveg, drótüveg régebben, nagy mechanikai igénybevételű helyekre, illetve biztonsági üvegnek. 

1.5. kép: Huzalbetétes üveg Float (sík) üveg Úsztatással készül, felülete maximálisan sík és víztiszta. A float üveg szabható, hajlítható, edzhető, hőkezelhető, laminálható. Hőszigetelő üvegek, ablakok, üvegházak készítésére használjuk. A Low-E üveg egy normál float üvegből készül úgy, hogy az egyik oldalára elektromágneses úton fém oxid réteget vagy ragasztó fóliát hordanak fel. A bevonattól színe a float üvegéhez képest csak kis mértékben változik. A bevonattal ellátott oldal a hőszigetelő szerkezetben az üvegtáblák közötti légrés felé néz. Az így készült üvegnél a fény és napsugárzás akadálytalanul jut be a helyiségbe, ezzel szemben az épületben keletkezett meleg belül marad. Hőszigetelt üvegként gázzal töltve még fokozható a hőátbocsátási tényezője. Magyarországon: 2080 × 3800 mm Európában: 2440 × 5600 mm Max. táblaméret: Jumbo: 3200 × 6000 mm Az edzés folyamatánál el kell érni az üveg lágyulási hőmérséklet-tartományát, (átalakulási hőmérséklet tartomány 450-700 °C), majd ezt követően folyamatosan lehűtik az üveg mindkét felületét. A hűtés sebességétől függően hőkezelt vagy edzett üveg terméket állítanak elő. 

1.6 kép: A float és edzett üveg gyártása Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz




Profil



Préselt üveg

BMEEOMEMAT3

(hengerelt)

.

üveg

 Laminált üvegek Több üvegrétegből felépülő üvegek. Több üveglap rétegelésével készülnek a többrétegű (laminált) üvegek. A laminált és biztonsági laminált üveg fogalma eltérő, melyek az EN ISO 12543-1:2000 szabványban meghatározásra kerültek. A laminált biztonsági üvegek lamináló anyaga általában valamilyen fólia, az üveg rétegek pedig edzett ill. kombinálva edzett és hőkezelt üvegek lehetnek. Műanyag fóliával (PVB polivinyl butiral, EVA ethyl-vinyl-acetat) vagy gyantával ragasztják össze az üveglapokat. A fóliával történő laminálás autoklávolással, vákuumlaminálással történhet. A gyantát folyékony halmazállapotban juttatják az üveglapok közé, majd az hőre vagy fényre térhálósodik, keményedik meg. Teherhordó üvegeknél több fóliaréteg is alkalmazásra kerülhet az üvegtáblák üveglapjainak laminálásakor pl. maradó teherbírás növelése végett. A nagyméretű, íves vagy hajlított laminált üvegek azonban gyakran gyanta lamináló anyaggal készülnek. A lamináló anyagoknak két fő szerepük van: a laminált üveg tönkremenetele közben helyben tartsa, és ne engedje kihullani az üvegszilánkokat a helyükről; ezáltal csökkentve a személyi sérülés esélyét valamint növelve a maradó teherbírást.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Tűzálló üveg G és F típusú üvegek különböztetünk meg. 

AGC Pyrobel tűzálló üvegterméke  Hővédő üveg 2-3 rétegű üvegszerkezetű. A kétrétegű fokozottan hőszigetelő üvegnél egy normál float üveg és egy lágyfémbevonatos Low-E üvegből készül.

A háromrétegű hőszigetelő üveg gyártásánál az első és harmadik üvegtábla lágyfém bevonatos Low-E üveg a középső pedig normál float üveg. A kettős üvegezés csaknem felére csökkenti a hőveszteséget. Az optimális légrés a két üvegtábla között 20 mm. Egy ilyen kettős üvegezés kb. ugyanolyan hőszigetelést biztosít, mint egy 105 mm-es vastagságú tömör tégla fal.

Napvédő üveg A napvédő üveg egyik összetevője egy speciális fémbevonattal ellátott üveg, mely a nap és a napsugárzó energiájának egy részét visszaveri a külső tér felé. A belső környezet energiáját veri vissza, amennyiben a belső oldali üvegre viszik fel a bevonatot (lásd hővédő üveg). 


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

 Hangszigetelő üveg Általában kétrétegű üvegszerkezet üvegalkotói különböző vastagságúak, az üvegek közötti tér (légrés) gázzal van megtöltve, fóliával vagy műgyantával ragasztott.

 Edzett (biztonsági) üveg Két vagy több üvegtábla közé rugalmas, különböző vastagságú PVB vagy EVA fólia kerül laminálási eljárással. A ragasztott biztonsági üvegek az aktív és passzív védelmet szolgálják.

Fokozott biztonsági, többrétegű ragasztott üvegszerkezetek:  Dobásálló üvegek (A osztályú üvegek) Alkalmazási területek: lakóházak, üzlethelységek, alumínium portálok,  Ütésálló üvegek (B osztályú üvegek) Alkalmazási területek: pénzintézetek, ékszerüzeltek,  Golyóálló üvegek (C osztályú üvegek) Alkalmazási területek: pénztárak, pénzváltók (lásd 1.7. kép).

1.7. kép: Vizsgált golyóálló üveg Az üveg fizikai tulajdonságai egy hőkezelési eljárásnak köszönhetően megváltoznak, ebből keletkező előnyei a megnövelt nyomás, nyírás, csavarodás és a hőmérsékletváltozásokkal szembeni nagyobb ellenállóság. Az edzett üveg törés képét a 1.8. ábrán látható.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

1.8. kép: Az edzett üveg törésképe Felhasználási területek: kültéren és beltérben, üvegtetőknél, ablakok, térelválasztók, valamint keret nélküli és pont megfogás üvegszerkezetek gyártásánál. Hőszigetelő ablaküveg Általában két üveglapból áll. A két üveglap között alumínium távtartó léc határozza meg az üveg összvastagságát, ami páraszűrő anyagot tartalmaz. A hőszigetelő üvegek gyártásánál a normál Float üveget és a lágyfémbevonattal és fóliával rendelkező Low-E üveget használjuk. 

1.9.

kép: Hőszigetelő ablaküveg

Parapet üveg Színezett edzett üvegek elsősorban a külső homlokzatokra és belső építészetben készülnek. 

 Katedrál, savmart üvegek Általában nem átlátszó üvegek, nagymértékben fényáteresztőek, Felhasználási területük: Bejárati ajtók, belső nyílászárókba, fürdőszobákban.

térelválasztókba


és

2011. ősz




BMEEOMEMAT3

.

Pontmegfogásos üvegszerkezetek, kötélszerkezetek, lágy homlokzatok


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Rugalmas támaszrendszer

Merev támaszrendszer


2011. ősz




BMEEOMEMAT3

.

Üvegfödémek

Kapcsolatok

Csuklós kapcsolat


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Súrlódásos kapcsolat

Nyírt kapcsolat


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

7. Üvegtermékek felosztása 1.6. táblázat: Az üveg felosztása

Egyéb üvegfajták  Vastagság szerint: vékony: 0,6-1,8 mm, ablaküveg 1,8-4,1 mm, táblaüveg > 4,1 mm-nél  Mintás üveg  Huzalbetétes üveg  Színes üveg  Tükörüveg  Üvegtégla  Üveggyapot gyártása porlasztási eljárással készül. Vékony üvegsugarat gyorsan forgó tárcsára folyatnak. A centrifugális erő hatására az üveg szétporlik. Az üveggyapotot gyantázzák, préselik, majd bálává tekercselik. 8. Az üveg tönkremenetele Az üveg tönkremenetele a mikroszkopikusan kicsiny repedéscsúcsokból indul ki. Az üvegtáblák felületén az elővigyázatos gyártásuk és szállításuk ellenére, az éles tárgyakkal való érintkezésükkor és a környezeti hatások következtében karcolások keletkezhetnek, melyekre a nedves környezet (víz jelenléte) kedvezőtlenül hat (Lawn et al., 1985), segítve a repedések továbbterjedését.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

HEAT SOAK (hőterhelési) próba „Nem létezik tökéletesen hibátlan alapüveg. A hibák egyik fajtája a nikkel-szulfid (NiS) zárvány. A legtöbb NiS zárvány stabil, és semmiféle problémát nem okoz. Előfordulhat azonban, hogy a NiS zárvány mindenféle terhelés vagy hőfeszültség nélkül is spontán törést okoz az edzett üvegben. A heat soak teszt olyan eljárás, amely felfedi a spontán törést okozó NiS zárványokat az edzett üvegben. Az eljárás során az edzett üveget egy kamrába teszik, és ott felmelegítik körülbelül 290ºC-ra, hogy felgyorsítsák a nikkel-szulfid térfogat növekedését. Ennek következtében a nikkel-szulfid zárványokat tartalmazó üveg eltörik a kamrában, így csökken annak a kockázata, hogy később esetleg beépített állapotában törjön el. A heat soak eljárás nem nyújt 100 százalékos biztonságot, de jelentősen lecsökkenti a hőtörés kockázatát. Az erre vonatkozó szabvány az EN 14179. Az előfeszített üvegnél lényegesen kisebb a spontán törés előfordulásának esélye, mint az edzett üveg esetén, és olyankor használható, amikor fokozottabb teherbírás szükséges, de a biztonsági üvegezést nem kimondottan írták elő.” forrás:http://www.sunguardglass.hu

Hőtörés „Az üveg kiválasztásának korai szakaszában számos tényezőt kell figyelembe venni, amelyek mind befolyásolhatják a végtermék hőtörésének kockázatát. Az egyik ilyen tényező, hogy az üveg árnyékolva lesz-e. Amikor az épület kiugró részei részben leárnyékolják az üveget, akkor az árnyékos területek hidegebbek lesznek, és feszültség alakulhat ki az üvegben, ami hőtörést eredményezhet. Az, hogy az üveg napsütötte része mennyire melegszik fel, nagyban függ az adott üveg napenergia elnyelésétől, ami üvegtípusonként változó.” forrás:http://www.sunguardglass.hu Irodalom, forráslista: 1. 2. 3. 4. 5.

Náray-Szabó István szerint (Építőanyag, XIX. évfolyam, 1967. 7. szám, 243–244.) www.vilaglex.hu/Lexikon/Kepek/UveGyart.jpg Dr. Pankhardt Kinga: Teherhordó üvegek, PhD értekezés, 2010 AGC tájékoztató füzetei, prospektusai http://www.sunguardglass.hu


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

3. Szerves üvegek Dr. Nehme Salem Georges 2. előadása Tartalom: 1. Bevezető 2. Poli-akrilátok és -metakrilátok (PMMA) 3. Plexi üveg (Polimetil-metakrilát, PMMA) 4. Polikarbonát üregkamrás és tömör lemezek 5. Plexi és Polikarbonát termékek felhasználási területei 1. Bevezető Az építőiparban főképp a szervetlen (SiO2 alapú) üvegeket használunk, de léteznek ún. szerves üvegek is. Ezek általában metil polimetakrilán, avagy poli(metil-metakrilát), azaz PMMA és Akrylon, Umaplex anyagúak. Két utóbbi gyúlékony. 2. Poli-akrilátok és -metakrilátok (PMMA) Az akrilsavas észterek könnyen polimerizálhatók, s különböző polimerizációs fokban lágy, illetőleg kemény anyagok. Plexigum néven ismeretesek. A metakrilsav észterek polimerei üvegszerűek, Plexiglas, Plexiglass, Perspex, Lucit, Plexi néven törhetetlen üvegként alkalmazhatók, mert szilánkmentesen törik. A két sav észtereiből kopolimereket is készítenek. Ipari és orvos technikai felhasználásuk rendkívül sokoldalú. Polimetil-metakrilát (PMMA) kiválóan alkalmas csontpótlásra, fogászati protézisek, beültethető kemény szemlencsék késztésére. Újabban azonban egyre inkább terjed a lágy változat alkalmazása a szemészetben. Ezt akrilsav és metakrilsav észtereinek kopolimerjeiből állítják elő vagy szilikon elasztromerből. PMMA-ból korábban rugalmas műkezet, ujjat, orrot, fület, szemet szívbillentyűt állítottak elő, de ezeket manapság jobb tulajdonságokkal rendelkező szilikonokból vagy más anyagokból állítják elő. Ma már a szemüveglencsék javarésze is polimetakrilát származékokból készthetők, előnyük, hogy sokkal jobb az ütési szilárdságúk, viszont a karcállóságuk kisebb, mint az üveglencséké. Melegen hajlíthatók, hidegen vághatók, fúrhatók, nem öregszenek, nem sárgulnak a fény hatására, ózonállók, fajsúlyuk kicsi. Fényáteresztőképességük kiváló, az ultraibolya sugarakat átengedik. Szem üvegteste fölé ültetendő IOL lencséket már régóta PMMA-ból, késztik, úgy, hogy nagytisztaságú PMMA korong alakú előre gyártott forma testekből precíziós esztergapadon kívánt geometriájú lencséket készítenek, majd ezeket oldatos zagycsiszoló keverékben lebegtetéses rázó zárt készülékben polírozzák. 3. Plexi üveg (Polimetil-metakrilát, PMMA) A plexiüveg egy üvegszerű, átlátszó műanyag (polimer), amely a metakrilsav metilészterének polimerje. Üveghez képes kedvező ára van. A plexi egy üveghez hasonló megjelenésű, átlátszó műanyag (polimetil-metakrilát - PMMA). Nevezik még akril üvegnek, plexi üvegnek is. A „Plexiglass®” a német Röhm GmbH márkaneve, amely piaci megjelenése után (1933) hamarosan az anyag általános megnevezése lett. A különböző gyártó cégek, különféle neveken forgalmazzák a PMMA-t, mint például: Lucite® (E.I. DuPont DeNemours & Co.), Acrylite® (American Cynamid Co.), Perspex® (ICI Group)


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

CH3 ~[CH2 C]n ~ OCOCH3 2.1. ábra: PMMA plexi Fizikai és mechanikai tulajdonságok A 2.1. táblázatban foglaljuk össze a plexiüveg legfontosabb fizikai és mechanikai tulajdonságait. 2.1. táblázat: A plexiüveg fizikai és mechanikai tulajdonságai Fizikai és mechanikai tulajdonságok Sűrűség g/cm3 *) max. felhasználási hőmérséklet (°C) Üvegesedési (átalakulási) hőmérséklet Tg (°C) olvadáspont (°C) Szakítószilárdsága 10 °C-on, (N/mm2) Nyomószilárdság (N/mm2) Rugalmassági modulus (N/mm2) Szakadási nyúlás 40 °C-on (%) lineáris hőtágulási együttható (×10-6/°C) Hővezetési tényező (W/(m×K) Vízfelvétel (24 h) (%)

1,18-1,19 60-80 105 130-140 50-80 130 3000 – 4500 2-7 70-80 0,19 0,3-0,6

*) A plexiüveg sűrűsége 1,18-1,19 g/cm3, így sűrűsége kb. fele az üvegének, ez bizonyos alkalmazásoknál jelentős előny, ugyanakkor rugalmassága révén saját súlya alatt is képes behajlani, ami az üveggel szemben bizonyos alkalmazásoknál hátrány. 2.2. táblázat: Plexitáblák fajlagos tömegei Vastagság, (mm) 2 3 4 5 6 8 10 12 15

kg / m2 2,4 3,6 4,8 6 7,1 9,5 12 14,3 17,9

Vastagságtól függően behatárolt fesztáv áthidalására alkalmas, mert huzamos terhelés mellett meghajolhat, például polcnak csak bizonyos feltételek mellett alkalmas. Rugalmassága, törésre való kisebb hajlandósága viszont mellette szól. Élben jól terhelhető (merevítő bordák alkalmazása). A plexi csövek nyomásnak jól ellenállnak, ütés hatására a gyártás során kialakult feszültség miatt viszonylag könnyen törnek. Csak kis átmérőjű plexi cső hajlítható. A plexi 80 - 100 °C körül lágyul, olvadáspontja 130-140 °C körül van. Viszonylag alacsony felületi keménységének köszönhetően könnyen karcolódik. Hőre lágyuló, könnyen megmunkálható; szilánkmentesen törik. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Fénytani tulajdonságai Kiváló optikai tulajdonságokkal rendelkezik, kedvező ára miatt az egyik legkeresettebb műanyag. UV álló, az UV sugarakat átengedi. A víztiszta plexi fényáteresztése merőlegesen beeső fény esetén 92-99 %. A rudak egyenesen, vagy kis ívben jól vezetik a fényt, meghajlítva szinte alig, száloptika jellegű használatra a plexi nem alkalmas. Kémiai tulajdonságai Savaknak, lúgoknak ellenállnak. A poliakrilát, metakrilát sajátságai függnek a polimerizációs foktól, lényeges különbségek találhatók aszerint, hogy milyen észterekből készülnek. Biológiailag közömbös. Tűzállósága Nehezen éghető és önkioltó. Tűzben a belőle felszabaduló gázok mérgezőek. 4. Polikarbonát üregkamrás és tömör lemezek Általában szendvics lemezek 6 mm, 10 mm és 16 mm vastag ill. a tömör lemezek 2, 3 és 4 mm vastag, mindkét oldalon UV stabil üregkamrás. Az egy rétegű plexi lemezekhez képest a cellás kialakításának köszönhetően a hajlítási merevsége jobb.

2.1. kép: Üregkamrás polikarbonát műanyag A tömege fele az üvegének, így könnyebb tartószerkezettel is beérik. A lemezeket könnyű mozgatni, szállítani és nem törékenyek, könnyen megmunkálható, kiváló az ütésálló képessége. Kiváló a hőszigetelő képessége. Széles hőmérséklettartományban, -40°C és +120°C között alkalmazható. Nagyon jó fényáteresztő képesség. A polikarbonát tömör lemez kb. 1%-al átlátszóbb, mint az üveg, a víztiszta lemez fényáteresztő képessége eléri a 79% - 88%-ot. Könnyű és nagy merevséggel rendelkezik. Kiváló az UV sugárzással szembeni ellenállás, nehezen éghető és önkioltó. A polikarbonát üregkamrás lemez ajánlott lemezvastagságai:  6 mm beltéri felhasználás és kisebb kültéri fedések, úgy kb. 20m2-ig  10 mm előtetők, medence-fedések, nagyobb kültéri fedések  16 mm igen nagy tetőszerkezet, homlokzati elemek, és ott ahol nagyon fontos a kiváló hőszigetelés, például télikert tetőzet.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

2.3. táblázat: A polikarbonát fizikai és mechanikai tulajdonságai Sűrűség g/cm3 Max. felhasználási hőmérséklet (°C) Olvadáspont (°C) Gyulladáspontja (°C) Szakítószilárdsága 10 °C-on, (N/mm2) Rugalmassági modulus (N/mm2) Szakadási nyúlás (%) Lineáris hőtágulási együttható (×10-6/°C) Hővezetési tényező (W/(m×K) Vízfelvétel (24 h) (%)

1,2 80 300 450 70 2300 6 65 0,115-0,22 0,15

5. Plexi és Polikarbonát termékek felhasználási területei Felhasználási területek:  élelmiszeriparban is használható, kínálók, tárolók, poharak  elválasztó elemek, térelhatároló szerkezetek, burkolatok  gépkocsik és repülőgépek üvegezésére  dísztárgyak  térelválasztó elemek (zuhanykabin, üvegfal, üvegtégla, stb.)  fontos csomagolóanyag  lámpák  utcai bútorok  zajvédő falak  előtetők  szemüveglencsék, kemény kontaktlencse alapanyag  orvosi, gyógyászati kellékek  ortopédiai operációknál a fém-ízület pótlások csontba rögzítésére használják.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

4. Az üveg hasznosítása az építőipar más területein, erősítő szálak, habüveg Dr. Nehme Salem Georges 3. előadása Tartalom: 1. Üvegszálak, üvegszövetek 2. Üvegszálak tulajdonságai 3. Habüveg, geofil 1. Üvegszálak, üvegszövetek Az építőiparban széles körű felhasználása van az acél-, illetve műanyag szálaknak. Az üvegszálat nagy mennyiségben használták külföldön a 80-as években. Betonban hagyományos Na-Ca-szilikát üvegszálakat (A-üveg), valamint boroszilikát üvegszálakat (Eüveg) használtak (Balázs - Polgár, 1999). Ezek a szálak nagy húzószilárdsággal rendelkeznek (2800-3500 N/mm2), valamint rugalmassági modulusuk is aránylag nagy (A-üveg esetén 45000-60000 N/mm2, E-üveg esetén 68000-77000 N/mm2) (Palotás - Balázs, 1980). Azt tapasztalták, hogy ezek a szálak roncsolódnak a cementkőre jellemző, erősen lúgos környezetben (pH~12,5) (Hannant, 1978; Wojnárovits - Fodor, 1989; Balaguru - Shah, 1992). Az alkáli-ellenálló üvegszálak megjelenése új lehetőségeket nyitott a szálerősítés területén, amely megköveteli mind a technológiai fejlődést, mind az alkalmazással kapcsolatos kutatásokat. Szálerősítésű betonok esetén, a berepedést követően, a húzófeszültség nem esik le azonnal zérusra. A maradó húzószilárdságnak nagy a jelentősége, mert ezzel csökkenthetők a beton viszonylag kis húzószilárdságából adódó nehézségek (pl. korai száradási zsugorodásból származó repedések).

3.1. kép: Az üvegszál Története A vagdalt üvegszálak, mint cementkompozit erősítő anyagok kezdeti fejlesztése az orosz Biryukovich (1964) nevéhez fűződik. Több ipari alkalmazása is ismeretes, Kijevben és Kínában. Kötőanyagként alacsony alkáli vagy magas aluminát tartalmú cementet használtak. Módszerének kifejlesztése ösztönzőleg hatott Majumdar és Nurse (1974) munkáságára. Mindez egyenesen vezetett egy olyan típusú üvegszál kifejlesztésének irányába, amely „ellen tudott állni” a portlandcement hidratációja során kialakuló erősen alkálikus környezetnek, ugyanis a portlandcement alkalmazása volt a legelterjedtebb Európa- és Amerika- szerte. Az angol Építés-kutatási Testület (Building Research Establichment) által létrehozott „alkáliálló” üvegszál további fejlesztése és kereskedelmi méretekben való előállítása (az Egyesült Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Királyságban a Pilkington Brothers Ltd. állította elő) nagy kutatási erőfeszítésekkel párosult a hetvenes évek elején. Mindennek köszönhetően a kutatók közelebb kerültek e kompozit (összetett) anyag viselkedésének megértéséhez, s mindezen kutatások sok értékes eredménnyel szolgáltak az építőipar számára. Egy új anyag építőiparban való széleskörű alkalmazásához szükséges, hogy az adott anyaggal kapcsolatban akár több évtizedre visszamenőleg is megállapítható legyen annak hiba nélküli felhasználása. Emiatt számtalan tartóssági tesztet végeznek és végeztek az építőipari anyagokkal kapcsolatban, hogy feltárják az anyagok hosszú távú tulajdonságait. Ezek a teszteredmények csak úgy nyernek megerősítést, ha az adott anyagot hosszú évtizedekre kitesszük a természet és időjárás hatásainak. Tehát egy építőipari anyagról csak akkor mondhatjuk, hogy megfelel tervezett élettartama alatt, ha kiállta a „való világ” sok éves próbáját (Hannant, 1978).

3.1.

kép: szövet kötés

2. Az üvegszálak tulajdonságai Fizikai és mechanikai tulajdonságai Az elemi üvegszálak igen fontos jellemzője a finomságuk. A szálfinomság meghatározására többféle megközelítés lehetséges. A mikroszkóppal 600-1000 elemi szál mérésével jutunk az átlagos szálátmérőhöz, amit μm-ben szokás megadni, jele:d. A szálfinomság meghatározására bizonyos jellemzőket átvettek a textilipartól: tex = g / 1000 m, amely az 1 km hosszú szál tömege grammban kifejezve, tehát a tex egy ún. lineáris” sűrűség jellegű mértékegység. A különböző összetételű üvegszálak sűrűsége:  az A-üvegszálé 2,52-2,53 g/m3  az E-üvegszálé 2,48-2,49 g/m3  a kvarcüvegszálé 2,2 g/m3  az S-üvegszálé 2,50 g/m3 Az üveg szálaknak néhány jellegzetes tulajdonsága; a következők: Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

 a hőmérséklet emelkedésére kevésbé érzékenyek, mint pl.: a műanyag szálak,  nem rozsdásodnak,  nem higroszkópikusak. Igen nagy a szakítószilárdságuk és kedvező a rugalmassági modulusuk, Az elemi szálak kör keresztmetszetűek és mindig a tengely irányra merőlegesen törnek el. Az üvegszál mikroszkópi; képe sima, belső szerkezete elektronmikroszkóp alatt sem felismerhető (amorf szerkezetű). Az elemi üvegszál szilárdsága függ a szálátmérőtől. A szálátmérő a húzási hőmérséklettel és húzási sebességgel szabályozható. A szakítószilárdságot döntően befolyásolja a lehűtési sebesség. Az üvegszálak szakítószilárdsága és szakadónyúlása közvetlenül az előállítás után a legnagyobb, majd idővel csökken.

3.1. ábra: Szálak húzószilárdsága


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

3.2. ábra: A szálak σ-ε diagramja Az üvegszálak és üvegszál termékek felületi és feldolgozási hibái miatt a nagy szilárdságok nem használhatók ki teljesen. Gyakorlati szempontból kb. maximálisan 50%-a hasznosítható, mert a sodratokban lévő szálakban sem keletkezik azonos feszültség. A tömbüveg szakítószilárdsága 50-60 N/mm2. 3.1. táblázat: Az üveg szálak tulajdonságai Anyag fajta

Húzószilárdság N/mm2

Szakadó nyúlás, %

Alkáli állóság

Olvadáspont ºC

AE(AR) üveg E–üveg Összehasonlításul

1500–4000 2000–4000

2–3,5 4,5

jó csekély

1200 1200

cementkő beton

3–6 1–4

0,01–0,05 0,02

Az üvegszál teljesen rugalmas anyag. Rugalmassági modulusa:  A-üveg esetén 45 000-60 000 N/mm2  E-üveg esetén 68 000-77 000 N/mm2 A rugalmassági modulus a szálátmérőtől független, a szakítószilárdság a viszont a szálátmérő függvénye, ezért a szakadó nyúlás is az átmérő függvénye. A szakadó nyúlása nagyobb a sodrott üvegeknek, mint a sodratlanoknak. Az üvegszál szilárdsága függ a hőmérséklettől is. Statikus teher esetére az alábbi táblázatban láthatók ezek az értékek. 3.2.

táblázat: A szakítószilárdság és hőmérséklet összefüggése A-és E-üveg esetén

Tartós teher esetén a szilárdság csökken. Az E-üveg szakítószilárdsága 400 ºC hőmérsékleten 24 órás tartós teher hatására kb. a felére, 500 ºC–nál pedig az ötödére is csökkenhet. Az üvegszál lágyulási pontja 750-830 ºC, e felett a hőmérséklet felett a szakítószilárdság gyakorlatilag nulla.


2011. ősz


3.2.

3.3.

BMEEOMEMAT3

.

ábra: Relatív hajlító-húzószilárdság és terhelés tartama összefüggése

ábra: Gyanták húzószilárdsága és terhelés ismétlés számának összefüggése

3.4. ábra: Poisson féle szám és üvegtartalom összefüggése


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Az üvegszál adagolása a betonban 3.3. táblázat: A szálak adagolása a betonban Szálrost, fajta

Szokásos eljárások kg/m3

Acélszál PP szál AE* üvegszál (AR)

25 – 50 0,9 – 1,5 0,9 –10

betonozási Lőttbeton, keveréke kg/m3

kiinduló Legkisebb adagolás kg/m3

30 – 60 0,9 – 2,5 >0,9

megengedett

20 0,9

* alkáli ellenálló (ném., ang.: AR alkaliresistant)

3.4. táblázat: Az üveg szálak tulajdonságai Anyag fajta

Átmérő μm

Hossz mm

Sűrűség g/cm3

E–modulus kN/mm2

AE(AR) üveg

10–30

10–40

2,7

70–80

E–üveg

8–15

2,6

70–80

2,0–2,2 2,2–2,4

10–25 30–40

Összehasonlításul cementkő beton

Fénytani tulajdonságai UV-sugárzásra érzéketlenek. Elektromos tulajdonságai Kiváló a dielektromos tulajdonságuk, és nagy az elektromos ellenállásuk. Az üvegszál fajlagos elektromos ellenállása a levegő relatív nedvességtartalmának függvénye. Kémiai tulajdonságai Az erős lúgok igen, de a gyenge lúgok csak forró állapotban támadják meg. A lúgok az üvegszál felületén pl. K2SiO3 védőréteget képeznek, ez késlelteti a további oldódást. A savak oldják az üvegszál felületét. Reakció lép fel az üveg kationjai és a sav hidrogénionjai között. Az üvegszál felületén majd az egyensúly beállásáig savréteg keletkezik (Palotás - Balázs, 1980). Vízállósága, vízfelvétele Az üvegszál vízfelvétele elhanyagolható (<0,2 %). Az üvegfonal, az üvegroving, az üvegcérna víz felvevőképessége azonban eléri a 3-4 %-ot is, a szálak közötti rés miatt. A vízfelvétel hatására zsugorodás nem következik be, de csökken az üveg szakítószilárdsága. Az üvegszálaknak a szerves oldószerekkel, és penészgombákkal, baktériumokkal szembeni ellenállása tartós és tökéletes. Az egyes vegyszerek hatása csak tárolási hőmérséklettől és kezelés tartalmától függ. Üvegszál termékek A gyártás során előállított elemi szálakból, ún. filamentekből szálkötegeket, pászmát (angolul strand, németül Strang) állítanak elő. Egy ilyen pászma általában 204 db egyedi szálat tartalmaz. A szálfinomság jellemzésére textilipari mértékegységet vettek át. A tex az 1000 m hosszúságú szálköteg tömege g-ban kifejezve.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

3.5. ábra: A 204 db elemi szálat tartalmazó pászma idealizált keresztmetszete (Hannant, 1978) A párhuzamosan egyesített pászmákból ún. rovingot is készíthetnek. A roving 8, 15, 30 vagy 60 pászmát tartalmaz, amelyekből aztán henger alakú gombolyagot alakítanak ki. E gyártási folyamat során a szálakat általában felület kezelik, amely az elemi szálak egyesítését és védelmét, valamint az ágyazó anyaggal létrejövő jó tapadást is biztosítja. A rovingot nemcsak felcsévélve, de szőve, valamint különböző hosszúságúra vágva is forgalmazzák. A csévélt szálakat a lövellt beton (spraying) technológiánál a szórópisztolyhoz csatlakozó száladagoló feltét vágja fel és adagolja folyamatosan. A üveg szövetekkel kis keresztmetszetű lemez erősíthetők meg. A vágott, néhány cm hosszúságú szálkötegeket általában előkeveréses (premix) technológiával használják fel. A vágott termék két típusát különböztetik meg aszerint, hogy vízzel érintkezve megtartják-e eredeti rendezett összeálló szerkezetüket, vagy, szétesnek elemi szálaikra és eloszlanak az ágyazó anyagban. Festés, mázolás során a repedések áthidalására használják. Egyéb (építési) üveg termékek  Üvegszál erősítésű betonok,  Üvegszál(szövet) erősítésű műanyagok / kompozitok,  Glasscrete, üvegbeton,  Habüvegek, stb.

3.3. kép: zebralit beton

3.4.kép: Gabriel Loire üvegbetonja


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

3.5. kép: Fekete Zsuzsanna üvegbeton homlokzata a Kalocsai Református Gimnáziumon

3.6. kép: Bill Price Pixel Panel nevű transzparens beton eleme

3.7. kép: Andreas Bittis fényáteresztő betonfala


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

3.8. kép: Losonczi Áron LiTraCon nevű transzparens beton eleme 3. Habüveg, geofil Könnyűbeton adalékanyag üveghulladékból. Habüveg alatt olyan üreges és üveges heterogén durva diszperz rendszert értünk, amelyben a diszperz rész a gázfázis és a diszperziós közeg az üvegfázis. Ha „cellás” szövetszerkezetű, akkor elsősorban hőszigetelő, ha „szivacsos” (áttört cellás) szövetszerkezetű akkor pedig a hangelnyelési (rezgésállási) jelleg dominál˙(Kocsis, 1994). Habkavics szemcsék üvegből, nagy szemcseválaszték (méret, vízfelvétel, önszilárdság) az 1500-2000 kg/m3 testsűrűségű beton azonos teherbírással rendelkezik, mint a normálbeton, viszont alkalmazásakor kisebb lemezvastagságra és kevesebb vasalásra van szükség. Az új könnyűbeton hőszigetelése kedvezőbb és szerkezeti könnyűbetonként is alkalmazható. A habüvegnek elsősorban környezetvédelmi szempontból nagy a jelentősége. A habüveg gyártásának viszonylag alacsony az energiaigénye (égetési hőmérséklete ~800 oC, szemben a hasonló duzzasztott agyagkaviccsal ahol ez ~1200 oC) és kevésbé környezetterhelő. Az üveg kiválóan újrahasznosítható, de nem korlátlan mértékben. A habüveg olyan üveghulladék felhasználásával is gyártható, amelyből már azonos funkciójú üvegtermék – például újabb ablaküveg vagy italos palack – már nem gyártható. A gyártás során alkalmazott segédanyagok jelentős része is másodnyersanyag. A felhasználható hulladéküveg mennyiségét a hagyományokra visszatekintő üveghulladék gyűjtés is segíti. Az üveg egyike a legnagyobb mértékben visszagyűjtött hulladék-fajtáknak. A habüveg nem csak beton adalékanyagként van jelen az építőiparban, hanem festékek és ragasztók töltőanyagaként is. A habüveg gyártása során a különböző fajta üvegeket őrlik, majd granulálás után 800- 1000 o C közötti hőmérsékleten forgócsöves kemencében kiégetik (3.9. kép).

3.9. kép: habüveg gyártási vázlata


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A Geofil habkavics termékeket („Geofil-Bubbles”) Magyarországon gyártják magyar szabadalom alapján hulladéküveg felhasználásával, és elsősorban építőipari felhasználásra szánják [www.geofil-bubbles.com]. Az üveggyöngyök nagy része vegyes hulladéküveg alapanyagú (pl.: üdítősüveg, infúzióspalack, befőttesüveg stb.), nincs szükség sem válogatásra, sem a kis mennyiségben jelen lévő más anyagok, mint például a fém, a műanyag, a papír eltávolítására. Vannak válogatott üvegből készülő termékek is, például kizárólag speciális Tungsram-izzók hulladékából készülők (jellegzetes fehér színt adva az adalékanyagnak, ami esztétikai szempontból lehet fontos). A felületképzéshez alkalmazott anyagok egy része is hulladék (perlit, téglapor). A szemcsék felülete a bevonat fajtájától függően változó: sima vagy érdes; a színük szürke, barna vagy rózsaszín. Testsűrűségük és szilárdságuk rendkívül széles tartományban mozog. A kísérleti gyártással párhuzamosan megkezdődtek az építőipari alkalmazhatósági, megfelelőségi vizsgálatok és az első betonkísérletek is. A gyártás során ezen eredmények figyelembevételével alakították az adalékanyagok fizikai tulajdonságait, fejlesztették az újabb termékeket. Legfontosabb új tulajdonságai közé tartozik a gyártás során készíthető bevonat, amely a betonszivattyúzásnak megfelelő nyomás mellett is kis vízfelvevő képességet biztosít, továbbá a lehetséges könnyű adalékanyagok között nagynak számító halmaz-önszilárdság. 3.5. táblázat: Fontosabb könnyű betonadalék-anyagok fő jellemzői

A könnyűbeton készítésének egyre nagyobb a jelentősége, különösen az egyre „monumentálisabb” szerkezeteknél, illetve ahol az önsúly jelent_s része a teljes tehernek. 2000 kg/m3 alatti testsűrűségű betonok esetén könnyűbetonokról beszélünk. Teherhordó szerkezetek anyagaként a könnyűbetonok közül az adalékanyagos könnyűbetonok jöhetnek számításba. Az elmúlt néhány évben (magyar szabadalom alapján) megkezdődött egy olyan habüveg adalékanyag termékcsoport gyártása, amely a könnyű adalékanyagok között nagyszilárdságúnak tekinthető, és tömegeloszlási jellemzői széles tartományban változtathatók, felületi bevonatuk javítja az alkáliállóságot és korlátozza a vízfelvevő képességet. Azonban a tartószerkezeti betonokhoz is alkalmas habüveg adalékanyagok használatához szükséges a műszaki jellemzők részletes ismerete.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

3.3. ábra: A beton testsűrűség összefüggése különböző testsűrűségi osztályba tartozó könnyű adalékanyagok és kvarckavics esetén (Nemes Rita, PhD értekezés) Szakirodalom, forráslista: 1. Biryukovich, K. L., Biryukovich, Yu. L. and Biryukovich, D. L. (1964), „Glassfibrereinforced Cement”, Published by Budivel’nik, Kiev, CERA Translation, No. 12., 1965. 2. Balázs L.Gy. és Polgár L. (1999), „Szálerősítésű betonok – A kutatástól az alkalmazásig” Proceedings, szerkesztette: Balázs L.Gy. , pp 1-23. 3. Hannant, D. J., (1978), „Fibre Cements and Fibre Concretes”, John Wiley and Sons. 134. 4. Wojnárovits I. és Fodor M. (1989), „A portlandcement-mátrixban alkalmazandó szilikátszálak lúgállósági vizsgálatának módszerei”, Építőanyagok, 6.szám. 5. Balaguru, P. N. and Shah, S. P. (1992), „Fiber-Renforced Cement Composites”, McGraw-Hill Ins. 6. Dr. Nemes Rita: Habüveg adalékanyagos könnyűbetonok, PhD értekezés, 2006 7. www.geofil-bubbles.com 8. Majumdar és Nurse (1974): „Glass-fibre-reinforced Cement” Building Research Establishment Current Paper, CP 79/74, August 1974 9. Kocsis, 1994: "A habüveg granulátum gyártási módszere", Építőanyag 46. évf. 1994/2 10. Palotás - Balázs, 1980: „Mérnöki szerkezetek anyagtana 3. Beton-Habarcs-KerámiaMűanyag”, Akadémiai Kiadó. 11. Russói András: Az alkáliálló üvegszál erősítésű beton és a műanyag szálerősítésűbeton tulajdonságainak összehasonlítása, Budapest, 2007


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

5. Üvegszerkezetek méretezése. Általános méretezési elvek. Síküvegek méretezése. Dr. Horváth László 1. előadása Tartalom: 1. Bevezetés 2. Az üveg szilárdsága és szerkezeti viselkedése 3. Üvegszerkezetek törés utáni viselkedése és a maradó teherbírás 4. Méretezés során figyelembeveendő terhek és hatások 5. Méretezési módszerek és előírások 6. Síküvegek méretezése 7. Hőszigetelő üvegek méretezése 1. Bevezetés Az üveganyag tulajdonságai és szerkezeti viselkedése számos ponton eltér a szerkezetépítésben használatos többi építőanyagtól. Homogén anyag, anyagszerkezete kristályok nélkül „megfagyott folyadék”. Rendkívül rideg, nincs képlékeny tartománya, minden előjelzés nélkül törik. Nagyon érzékeny az ütésekre, karcolásokra. Mindezen tulajdonságaira tekintettel kell lennünk alkalmazása és méretezése során, speciális szempontokat is érvényesítve:  Az üvegszerkezeteket alapvetően rugalmas elven méretezzük. Az üveg tönkremenetelét számos tényező befolyásolja, ezért nehéz egyértelmű szilárdsági határértéket megállapítani.  A képlékeny viselkedés hiánya miatt az üveg nem képes képlékeny alakváltozások útján leépíteni a feszültségcsúcsokat, ezért az üveg elemeket és megtámasztásaikat, kapcsolataikat a legnagyobb gondossággal kell megtervezni és kivitelezni, elkerülve a feszültségcsúcsok kialakulását.  Az üveg ütés- és karcolásérzékenysége miatt különös tekintettel kell lennünk olyan veszélyforrásokra, amelyek más szerkezeteknél nem jelentősek, például véletlen ütközések terhei, a széllökések lokális hatásai, vagy esetleges vandalizmus.  Ha tönkremegy, összetörik egy üvegszerkezet, akkor sem történhet meg a teljes tartószerkezet összeomlása. Biztosítani és ellenőrizni kell az utólagos, törés utáni teherviselőképességet – más anyagú tartószerkezeteknél ilyen vizsgálat nem szokásos. A tervezést jelentősen nehezíti, hogy jelenleg nincs elfogadott, egységes méretezési szabvány az üvegszerkezetekre. Az Eurocode vonatkozó tervezetét [1] visszavonták, átdolgozása megkezdődött. Németországban kiadott méretezési előírások [2] [3] [4] léteznek, DIN szabvány kiadása folyamatban van [5] [6]. Közös jellemzőjük, hogy viszonylag kevés méretezési képletet, ellenben számos közvetlenül betartandó gyakorlati alkalmazási utasítást tartalmaznak. Alapvetően azonban az általános szilárdságtanban megismert elméletek (lemez, héj, és gerenda) és módszerek alkalmazandóak, rugalmas anyag feltételezésével és a geometriából adódó specialitások – a méretekhez képest kis lemezvastagság – figyelembevételével. 2. Az üveg szilárdsága és szerkezeti viselkedése Az üvegszerkezetekhez alkalmazható üvegek fajtáit, típusait, gyártástechnológiáját, alapvető tulajdonságaikat már az előző előadások tartalmazták. Az egyrétegű üvegeket a felületi nyomófeszültségük alapján csoportosítjuk. Használatos megnevezésüket az 1. táblázat foglalja össze. Többrétegű üvegek készülhetnek az üvegrétegek között légréssel – ezek a hőszigetelő üvegek – illetve összekapcsolhatjuk az üvegrétegeket lamináló réteggel is – ezek a rétegelt vagy Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

laminált üvegek (angolul laminated glass, németül Verbundsicherheitsglas VSG). A lamináláshoz általában polivinil-butirált (PVB) vagy gyantát alkalmaznak, újabban terjed az etil-vinil-acetát (EVA) fólia alkalmazása is. megnevezés úsztatott (nem hőkezelt) üveg hőkezelt üveg edzett üveg, biztonsági üveg

angol megnevezés float glass, annealed glass ANG heat strenghtened glass HSG fully tempered glass FTG

német megnevezés Floatglas teilvorgespanntes Glas TVG Einscheibensicherheitsglass ESG

1. táblázat: Egyrétegű üvegek fajtái Nagyon fontos az, hogy az üvegszerkezetekhez alkalmazott üvegtáblák, üveganyagok építési félkész termékek, amelyekre szabványelőírások vonatkoznak. Az üveg rugalmassági modulusa 70000 MPa, Poisson-tényezője 0,23. Nyomószilárdsága meghaladja a 800 MPa értékét. Húzószilárdságának elméleti értéke mintegy 10 000 MPa. A gyakorlatban elérhető effektív húzószilárdság azonban ennek csak töredéke, aminek számos oka van. Az üvegtáblák felülete soha sem tökéletes, az anyag rendkívüli ridegsége miatt a felületen számtalan mikrorepedés található. Ezek a repedések a tönkremenetel folyamatában meghatározó szerepet játszanak. A repedéscsúcsoknál fellépő feszültségek az ismert feszültségkoncentrációs hatás miatt az elemi szilárdságtan szerint számított érték többszörösét érik el. Hajlított üvegelemben a nyomott oldalon lévő repedések bezárulnak, míg a húzott oldali repedések megnyílnak – így a repedéscsúcs gyorsan halad előre a törésig (lásd 1. ábra).

1. ábra: Hajlított üveg viselkedése A repedések egyenlőtlen méretei és eloszlása miatt az sem bizonyos, hogy ott indul el az üvegtábla törése, ahol az elemi szilárdságtan szerint a legnagyobb rugalmas feszültségek ébrednek, hanem ott, ahol nagy repedésméret és magas feszültségszint találkoznak. Az üvegtáblák tényleges tönkremenetelét számos tényező befolyásolja. Ezek közül a legfontosabbak:  a felületi állapota, hibák és sérülések mennyisége és eloszlása. Gyártástechnológiával, valamint felületkezeléssel csökkenthetők.  felület méretei. Nagyobb üvegtábla esetén nő a valószínűsége mélyebb repedések jelenlétének.  terhelés sebessége és időtartama. Minél gyorsabban visszük fel a terhelést és minél rövidebb ideig hat a teher, annál kevesebb idő jut a repedések növekedésére, tehát annál kedvezőbben viselkedik az üveg. Természetesen itt nem ütésszerű terhelésről van szó.  élek megmunkálása. Ennek hatása különösen olyan elemeknél jelentős, amelyek saját síkjukban vannak igénybevéve, és így a legnagyobb feszültségek az üvegtábla élénél lépnek fel (pl. merevítő bordák, üveg-gerendák). Minél finomabb az él megmunkálása, annál kisebbek a felületi sérülések.  a környezeti hőmérséklet és korrozív környezet kisebb mértékben, de szintén kihatnak a szilárdságra. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Belátható, hogy az üvegelemek szilárdsága nagy szórást mutat. Hajlító-húzószilárdságukat ezért szabványos kísérletekkel – 4-pontos hajlítással vagy kétgyűrűs hajlítókísérlettel kell meghatározni. Nyomószilárdságuk tényleges értékének a gyakorlatban nincs jelentősége, mert a tönkremenetel mindig a húzott oldalon következik be. Az üveg hőkezelésével a felületközeli tartományokba nyomó sajátfeszültséget visznek be (2. ábra), így a húzott oldali repedések csak a nyomófeszültségek meghaladása után nőhetnek tovább. Ezzel a hőkezelt illetve edzett üvegek teherbírása jelentősen növelhető, és a felületi hibákra és környezeti hatásokra való érzékenységük csökkenthető. A felületi nyomófeszültség közelítőleg a húzófeszültség 2,3-szorosa.

2. ábra: Hőkezeléssel bevitt sajátfeszültségek eloszlása az üveg vastagsága mentén A méretezési gyakorlatban használatos szilárdsági értékeket a 2. táblázat tartalmazza. felületi nyomófeszültség átlagértéke [MPa] úsztatott üveg hőkezelt üveg edzett üveg

35 – 55 100 – 150

hajlítóhúzószilárdság karakterisztikus értéke [MPa] 45 70 120

gyártási [mm]

vastagság

2 – 20 mm 4 – 12 mm 4 – 19 mm

2. táblázat: Húzó-hajlítószilárdságok Többrétegű laminált üvegek szerkezeti viselkedését a lamináló réteg tulajdonságai alapvetően befolyásolják. A lamináló réteg nyírószilárdsága, az üveg- és lamináló rétegek méretviszonyai, a hőmérséklet és a terhelés sebessége határozzák meg az együttdolgozás mértékét, amely a laminált üvegeknél a valóságban a 3. ábra B esete szerinti viselkedést eredményez.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

3. ábra: Laminált üveg szerkezeti viselkedése Az együttdolgozás számítására több közelítő módszert is kidolgoztak. Közülük Wölfel eljárása [7] talán a legegyszerűbb és a gyakorlatban legelterjedtebb. A méretek és a lamináló réteg nyírási modulusának ismeretében a rétegelt üveget egységes keresztmetszetté alakíthatjuk egy effektív vastagság meghatározásával. Az eljárás csak kétrétegű, tisztán hajlított, egy irányban teherviselő lemezekre alkalmazható. Az együttdolgozás pontosabb tekintetbevétele végeselemes analízist igényel. A rétegelt üvegek számításával és méretezésével jelenleg számos kutatás foglalkozik, szakcikkek jelennek meg. A lamináló rétegek viszkoelasztikus tulajdonságai, hőmérséklet- és időfüggőségük tekintetében még számos kérdés vár tisztázásra. A méretezési szabályzatok ezért az együttdolgozás figyelembe vételét a teherbírási határállapotok ellenőrzésénél általában tiltják, azt legfeljebb a használhatóság (lehajlások) számításánál engedik meg. Többrétegű hőszigetelő üvegek szerkezeti viselkedésre az üvegrétegek közé zárt gáz nagymértékben befolyással van. Egyrészt a közbezárt gázréteg klimatikus hatásokra nyomásváltozással reagál, ami igénybevételeket okoz az üveglemezekben. Másrészt viszont az egyik oldalt érő külső teher hatására deformálódó üvegréteg miatt keletkező nyomásváltozást a gázréteg továbbítja a közvetlenül terheletlen üvegrétegnek, így megosztja a terheket. A klímahatásból származó terhek és a terhelés-elosztás figyelembevételére Feldmeier dolgozott ki eljárást [8], amely az előírásokban alkalmazást nyert [2] [6]. Az üveg ridegségéből adódóan az alakváltozásokra nagyon érzékeny. Érdekes, hogy a szabályzati előírások meglehetősen nagyvonalú alakváltozási követelményeket szabnak, általában a támaszköz L/100 értékét megengedve. A gyártók ennél szigorúbb, általában L/300 – L/500 körüli követelményeket írnak elő termékeik alkalmazásához. 3. Üvegszerkezetek törés utáni viselkedése és a maradó teherbírás Tartószerkezetekkel szemben fontos követelmény az, hogy egyes részeik esetleges tönkremenetele ne vezessen a teljes szerkezet összeomlásához. Ezt két módon lehet elérni: vagy minden tartóelem szintjén biztosítjuk a tönkremenetel duktilis módját, vagy a teljes tartószerkezet szintjén biztosítjuk a szerkezet további állékonyságát. Az utóbbi módszer Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

alkalmazásához az MSZ EN 1991-1-7 ad részletesebb útmutatásokat a kockázatelemzés alapján, ilyen lehet például alternatív teherviselési útvonalak kialakítása elemek többtámaszúsításával, statikai határozatlanság fokának növelésével. Ezen elvek átültetése üvegszerkezetekre nem túl egyszerű. A törés utáni állapot elemzése főként a vízszintes vagy kis lejtésű, fej feletti üvegezések és járható üvegfelületek, valamint mellvédek, korlátok esetében szükséges. A törés utáni maradó teherbírásra azért is szükség van, hogy a károsodott szerkezeti elem cseréjére annak lezuhanása, széthullása nélkül legyen mód és idő. A szabályzati előírások általában megszabott ideig követelik meg a maradó teherbírás fenntartását, amit kísérleti úton lehet vizsgálni. Az egyrétegű üvegtáblák törés után szilánkokra esnek szét. A kialakuló töréskép nagyon jellemző az egyes üvegtípusokra. Az úsztatott üveg nagyméretű szilánkokra törik, elsősorban annak körzetében, ahol a hatás érte. Az edzett üveg viszont teljes felületén egyidejűleg törik szét, kb. 1 cm2 nagyságú apró szilánkokat alkot. A hőkezelt üveg törésképe az előző kettő közötti, közepes méretű szilánkokkal. A tönkremenetel rideg jellege miatt egyrétegű üvegtáblák csak ott alkalmazhatóak, ahol tönkremenetelük nem befolyásolja a teljes szerkezet állékonyságát. Laminált üvegeknél a tönkremenetel jellege és folyamata és a maradó teherbírás is kedvezőbben alakul. A 4. ábra bal oldalán ábrázoltuk a hajlítással terhelt rétegelt üvegtáblát. A feszültségeloszlás mutatja, hogy mindkét üvegtábla együtt dolgozik. A terhelés növelése következtében a legjobban húzott szálban, az alsó üvegtáblában bekövetkezik a törés, és csak a felső üvegréteg viseli a terhet a középső rajz szerint. A jobb oldalon mutatjuk be a végső fázist, a felső üvegtábla is bereped, de a nyomófeszültség egyben tartja az üvegszilánkokat, és a lamináló réteg egy ideig elviseli a húzófeszültségeket.

4. ábra: Laminált üveg tönkremeneteli folyamatának fázisai A laminált üveg természetesen végül szintén széthullik, azonban a lamináló réteg és az alkalmazott üvegtípusok függvényében jelentős maradó teherbírást képes felmutatni. A megfelelő viselkedés érdekében fejfeletti üvegezéseknél a német előírások [2] szerint alsó üvegrétegként tilos edzett üveget alkalmazni. Vízszintes helyzetű hőszigetelő üvegezésnél a külső üvegtábla véletlen törése esetén az alsó üvegtáblának kell a maradó teherbírást biztosítania, elviselve a rájutó terhek mellett a lehulló felső üvegréteg súlyát is. A laminált üvegek a törés után szinte lepedőszerűen viselkednek, nagy alakváltozásokat szenvednek. A maradó teherbírás kellő ideig történő megőrzéséhez azt is biztosítani kell, nehogy a törött üvegmező kiszakadjon vagy kicsússzon megtámasztásaiból. 4. Méretezés során figyelembeveendő terhek és hatások Az üvegszerkezetek méretezésénél is szigorúan be kell tartani azt az elvet, hogy mind a terheket, mind a teherkombinációs szabályokat, mind a méretezést azonos szabályzat-sorozat szerint kell felvenni és használni. A terheknél példaképpen az Eurocode szabványokra hivatkozunk – bár a méretezési oldalt tartalmazó előírás megjelenése csak a közeljövőben várható.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Az üvegszerkezetekre ható terhek legnagyobb része jól ismert, az EC1-ben szabványosított:  önsúly és más állandó terhek (MSZ EN 1991-1)  hasznos terhek (jellemzően a járható üvegfelületeknél) (MSZ EN 1991-1-1)  meteorológiai terhek (hó és szélteher, hőmérsékletváltozás) (MSZ EN 1991-1-3, -1-4, -1-5) Fentieken kívül speciálisan az üvegszerkezeteknél alkalmazandó terhek:  rendkívüli terhek (ütközés, robbanás). Az MSZ EN 1991-1-7 részletes előírásokat ad a robbanási terhekhez, a többihez inkább csak alkalmazható elveket találunk. Üvegkorlátokat, mellvédeket, ajtókat, üvegfalakat nekiszaladó emberek terhére is ellenőrizni kell, erre országonként különböző előírások érvényesek. Ökölszabályként 1,5 kN-es koncentrált erőt alkalmazhatunk a korlát felső markolatának vonalában. Számítás helyett alkalmazható a kísérleti ellenőrzés, például ilyen az emberi ütközés dinamikus hatását jól modellező pendulum-kísérlet, amelynél 50 kg-os terhet lendítenek az üvegfelületnek.  hőszigetelő üvegeknél az üvegrétegek közé zárt gázban vagy levegőben belső nyomás keletkezik. Ennek mértéke az alábbiaktól függ: o légnyomás változása, o magasságkülönbség a gyártás és a beépítés helyszíne között, o hőmérsékletváltozás, o az üvegrétegek merevsége. A belső nyomás különösen nagymértékűvé válik ott, ahol az üvegtáblák viszonylag nagy merevségűek, például kisméretű hőszigetelő üvegeknél, vagy hajlított üvegezésnél. A klímahatásból származó terhek figyelembevételére Feldmeier cikkére [8] utalunk. 5. Méretezési módszerek és előírások A terhek kombinálását a méretezési módszerek szabják meg. Az üvegszerkezetek globális analízisét – igénybevételek, feszültségek és alakváltozások számítása - rugalmas elven kell elvégezni. A méretezés általában feszültségszintű vizsgálatra vezet. A külső hatásokból a feszültségeket kézi módszerekkel, egyszerűsített eljárásokkal általában csak kisebb, egyszerűbb kialakítású üveg szerkezeti elemek méretezése során lehet meghatározni. Összetettebb szerkezet vagy bonyolultabb geometria esetén a végeselemes modellezés megkerülhetetlen. 5.1 Megengedett feszültségek módszere szerinti vizsgálat és előírások A hagyományos egységes biztonsági tényezős eljárás elve: E ≤ eng ahol: E a legnagyobb húzó főfeszültség értéke a terhek karakterisztikus értékéből összeállított legkedvezőtlenebb teherkombináció szerint számítva; eng megengedett legnagyobb húzó főfeszültség, kísérletből levezetve, csökkentve a globális biztonsági tényező értékével. Az eljárásban az összes bizonytalanságot a globális biztonsági tényezőben kell tekintetbe venni. Nincs mód pl. a szilárdságot befolyásoló hatások pontosabb érvényre juttatására. Ezt a méretezési elvet követik a hagyományos német előírások [2] [3] [4]. Példaképpen a vonalmentén megtámasztott üvegezésre vonatkozó TRLV [2] legfőbb előírásait mutatjuk be röviden. Akkor tekinthető függőlegesnek az üvegezés, ha legfeljebb 10 fokban tér el a függőleges iránytól. A TRLV csak felületen megoszló külső terhek hatását kezeli. A terheket Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

karakterisztikus értékükkel kell számításba venni. A megengedett főfeszültségek az 3. táblázat szerintiek. Ha a teherkombinációban a klimatikus terhek is szerepelnek, akkor a táblázat szerinti megengedett értékek 15%-kal megnövelhetők. üvegfajta úsztatott üveg edzett üveg úsztatott üvegrétegekből laminált üveg

megengedett húzó főfeszültség eng vízszintes üvegezés 12 50 15 (25*)

[MPa] függőleges üvegezés 18 50 22,5

* csak hőszigetelő üvegezések alsó rétegének vizsgálatánál használandó, ha feltételezzük a felső réteg törését. 3. táblázat: Megengedett húzó főfeszültségek Laminált üvegeket 1,2 m fesztávolság felett mind a négy élük mentén alá kell támasztani. Megengedett oldalarány legfeljebb 3:1. A módszer alkalmazásához az alakváltozások korlátozása is hozzátartozik. A TRLV nem túl szigorú követelményei az él menti alátámasztásoknál legfeljebb a megtámasztott üvegtáblaélhossz 1/200 vagy maximum 15 mm deformációt engedélyeznek. Maguknak az üvegtábláknak legnagyobb lehajlása legfeljebb a nagyobb fesztáv 1/100 értékét érheti el. 5.2 DELR tervezési módszer A DELR módszer az első európai irányelvek egyike, amely megpróbálta tekintetbe venni az üveg szilárdságát és viselkedését befolyásoló hatások jelentős részét. Eredményül egy meglehetősen összetett és komplikált formula született:

ahol: (p,V) az üvegfelületen lévő feszültségeloszlástól függő tényező – p a síkra merőleges külső teher, V a hőkezelésből származó sajátfeszültség ugyanott; (Ared) a nyomófeszültségek nélküli felület (Ared) hatását tekintetbe vevő tényező; (t) a teher időtartamát tekintetbe vevő tényező; (Sv) a teherkombinációkat és környezeti hatásokat tekintetbe vevő tényező; bB,Atest,k az üveg törőfeszültségének R400 kettős gyűrűs kísérlettel meghatározott karakterisztikus értéke; V,k a felületi nyomó sajátfeszültség karakterisztikus értéke; M,E parciális biztonsági tényező a törőfeszültséghez; M,V parciális biztonsági tényező a sajátfeszültséghez. A formula bonyolultsága miatt számos egyszerűsítési javaslat született, ezek elemzését [2] foglalja össze. A módszert vette alapul a visszavont prEN 13474. Továbbfejlesztése várható. 5.3 Osztott biztonsági tényezős módszer és alkalmazása a DIN 18008 szabványokban A hagyományos német előírások osztott biztonsági tényezős méretezésre való átdolgozásának folyamata megkezdődött. Eurocode hiányában saját nemzeti szabványt dolgoztak ki. A vonatkozó teherszabvány a DIN 1055, amely egyébként szinte teljesen megegyezik az EC1gyel. Az első két kötet [5] [6] megjelent és hatályba is lépett.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A méretezés alapképlete az Eurocode-oknál már megszokott formula: Ed ≤ Rd A szilárdsági vizsgálat során az ellenállás-oldalon a 4. táblázat szerinti képletek érvényesek. Látható, hogy a képletben egyszerűsített formában jelenik meg a DELR módszerben figyelembe vett hatások egy része. Az fk értékek az egyes üvegfajtákra vonatkozó termékszabványokból veendők. Laminált üveg alkalmazásakor a táblázati értékek 10%-kal növelhetők. Olyan úsztatott üvegelemeknél, amelyek valamely éle hajlításból adódó húzásnak van teljes mértékben kitéve, a táblázati érték 80%-a vehető csak számításba. Megjegyezzük, hogy a kc értékek vitatottak, a jövőben változhatnak. hőkezelés nélküli üveg

hőkezelt és edzett üveg

kc = 1,8 M = 1,8 kmod,tartós = 0,25 kmod,közepes = 0,40 kmod,rövid = 0,70

kc = 1,0 M = 1,5

ellenállás Rd szerkezeti tényező biztonsági tényező a terhelés időtartamától függő tényező

-

4. táblázat: szilárdsági ellenállás számítása DIN 18008-1 szerint A terhek besorolását tartósságuk szerint az 5. táblázat mutatja. Hatás állandó terhek szélterhek hóterhek Klimatikus hatások - magasságkülönbség hatása H - hőmérsékletkülönbség hatása T - légnyomás változása pmet

teher osztályozása időtartamtól függően tartós rövid közepes tartós közepes közepes

5. táblázat: hatások és besorolások időtartamuk szerint A mértékadó teherkombináció képzési szabálya megegyezik az Eurocode általános elvével. Specialitás, hogy a klimatikus hatások közül a légnyomásváltozás és a hőmérsékletkülönbség együttesen egy közös tehernek tekintendő. Használhatósági határállapotban a karakterisztikus teherkombinációt kell alkalmazni. Általános alakváltozási követelmény a legnagyobb behajlás 1/100 értékben való korlátozása. 5.4 Törésmechanikai alapú méretezés A törésmechanika elsősorban rideg anyagok tönkremenetelének egységes vizsgálatával, a repedések keletkezésének és terjedésének elemzésével foglalkozik. Az üveg rideg és repedésérzékeny mivolta miatt kiválóan vizsgálható a lineáris törésmechanika módszereivel. A repedések feszültségintenzitási tényezőinek megállapítása, a repedésterjedési sebesség elemzése, dinamikus terhelés és környezeti hatások törésmechanikai elemzése hozzájárul az üveg viselkedésének pontosabb megismeréséhez. A kutatások fókuszában van az üveg teljes élettartamának nyomonkövetésére alkalmas méretezési eljárás törésmechanikai bázison való kidolgozása, amelynek számos eleme már rendelkezésre áll. További ismeretek találhatók [9]ben, valamint a törésmechanikával foglalkozó MSc tantárgyakban.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

6. Síküvegek méretezése A síküvegek statikai rendszerüket tekintve síkjukra merőlegesen terhelt lemezek. A bennük keletkező feszültségeket és alakváltozásaikat a lemezelmélet segítségével határozhatjuk meg. 6.1, Lineáris számítás Egyrétegű üveglemezre, mint izotróp anyagra a lineáris Kirchhoff-féle lemezelméletet szokás =0,23 Poisson-tényezővel alkalmazni. A gyakorlati méretezés megkönnyítésére számos, analitikus módszerrel készült méretezési táblázat lelhető fel szakkönyvekben, szakcikkekben. Az alábbiakban Beyle táblázatait mutatjuk be [10], amely az előzőek szerint készültek. A táblázatok segítségével 2 vagy 4 éle mentén megtámasztott négyszög alakú üveglemez legnagyobb feszültségei és lehajlásai határozhatók meg felület mentén megoszló teherre.

6. táblázat: At és Ct tényezők a lemezvastagság függvényében.

7. táblázat:  és w tényezők 4 él mentén megtámasztott lemezekhez.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A legnagyobb feszültség és lehajlás az alábbi képletek szerint számítható:  =  . At . q . l2 valamint w = w . Ct . q . l4 ahol:  a legnagyobb feszültség a lemezben [kN/m2] ; w a lemez legnagyobb lehajlása [mm]; At, Ct segédtényezők, lemezvastagság függvényében 6. táblázatból [-] ; q felületre merőleges teher [kN/m2]; l teherhordás irányába eső támaszköz [m]; t üveglemez vastagsága [mm]; a hosszabbik lemezél mérete [m]; b rövidebb lemezél mérete [m];  oldalarány a/b [-]; ,w segédtényezők, 4 élükön megtámasztott lemeznél oldalarány függvényében 7. táblázatból, 2 él mentén megtámasztott lemeznél mindkettő értéke 1,0 [-]; Az üveglemez végeselemes analízise egyszerűbb esetekben kissé időigényesebb, de négyzetes geometriától eltérő esetekben is alkalmazható módszer. A feszültség és a lehajlás ismeretében az üveglemez ellenőrzése a méretezési előírások szerint történik. Rétegelt üvegtábláknál a szabályzatok teherbírási határállapotban nem engedik az együttdolgozás figyelembe vételét, ezért a terheket elosztva az egyes üvegrétegek között, egyenként kell ellenőrizni az üvegrétegeket. Használati határállapotban a rétegelt lemez Wölfel módszerével [7] visszavezethető egy effektív vastagságú homogén lemez vizsgálatára. 6.2 Nemlineáris számítás Az üveglemezek méreteiket tekintve nagyon karcsú tartóelemek, amelyeknek alakváltozásai a lemezvastagság többszörösét is elérhetik. Ilyen mértékű deformációknál a lineáris számítás bár alkalmazható, de gazdaságtalan eredményekhez vezet különösen a lehajlások tekintetében. A nagy alakváltozású lemezek elméletének alkalmazása célszerűbb. A nemlineáris számítás a lemezhatás mellett a nagy alakváltozásoknál kialakuló membránhatást is tekintetbe veszi, és végül a valóságot jobban leíró mértékű alakváltozásokat és feszültségeket ad eredményül. Nagy alakváltozások esetén a feszültségek eloszlása is eltér a lineáris elméletben megszokottaktól, a legnagyobb főfeszültségek nem a legnagyobb alakváltozások helyén alakulnak ki. A nemlineáris számításokhoz legmegfelelőbb, ha olyan végeselemes modellt és számítógépi programot alkalmazunk, amely nagy alakváltozásokat is követni képes. Az üveglemezek nemlineáris méretezéséhez is készült közelítő eredményeket adó segédeszköz, példaképpen az [1]-ben bemutatott táblázatokat közöljük. A terhet át kell számítani viszonyított terhelésre:

A legnagyobb feszültség és lehajlás az alábbi képletek szerint számítható: max = ( k1 . a2 . q ) / t2 valamint wmax = (k4 . a4 . q) / (t3 . E) ahol: max a legnagyobb feszültség a lemezben ; wmax a lemez legnagyobb lehajlása; k1, k4 segédtényezők,  és q* függvényében 8. és 9. táblázatból; q felületre merőleges teher; t üveglemez vastagsága; a rövidebb lemezél mérete; Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


b

 E

BMEEOMEMAT3

.

hosszabb lemezél mérete; oldalarány a/b [-]; üveg rugalmassági modulusa E = 70 000 MPa.

8. táblázat: k1 tényező a legnagyobb feszültség nemlineáris számításához

9. táblázat: k4 tényező a legnagyobb feszültség nemlineáris számításához 7. Hőszigetelő üvegek méretezése A hőszigetelő üvegezések legalább két üvegrétegből állnak, amelyek között kitöltő gáz van Az üvegtáblák közötti távolságot és a hermetikus légzárást a peremeken körben elhelyezett elemek biztosítják (5. ábra). A környezeti viszonyok, megváltozása a hőszigetelő üvegekben igénybevételeket kelt. A külső és belső üvegtáblák közé zárt kitöltőgáz a környezeti hőmérséklet- és légnyomás megváltozása esetén térfogatváltozást szenved, emiatt a 6. ábrának megfelelőn nyomást gyakorol a határoló üveglemezekre. Nagyméretű, hajlékony üvegtábláknál ez a hatás elhanyagolható, kisméretű hőszigetelő üvegeknél viszont ez a mértékadó. A klimatikus hatások figyelembevételére a [8]-ban bemutatott módszert ismertetjük.

5. ábra: Hőszigetelő üveg felépítése


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

6. ábra: Hőszigetelő üveg viselkedése nyomásváltozáskor A klimatikus hatásokból teljesen merev felületek között létrejövő izochor nyomás: p0 = C1.T - pmet + C2.H ahol: T a hőmérsékletváltozás [K] és C1 = 0,34 [KPa/K];; H a magasságkülönbség a gyártás és a beépítés helyszíne között [m] és C2 = 0,012 [KPa/m]; pmet a légnyomás változása [KPa]. Az üvegtáblák hajlékonysága leépíti az izochor nyomást, tényleges értéke az üvegtáblák merevségétől és a közbezárt gázréteg vastagságától (dSZR) függ. A hőszigetelő üvegezést a legtöbb esetben négy oldaléle mentén valamilyen üvegbefogó szerkezetbe építik, tehát a 7. ábra szerint 4 éle mentén vonal menti csuklós megtámasztású lemezként modellezhetjük.

7. ábra: hőszigetelő üvegtábla statikai modellje


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A klimatikus hatásokból keletkező feszültségek számításához Feldmeier bevezette a karakterisztikus élhossz fogalmát:

ahol: a* a b di da dSZR Bv

a hőszigetelő üvegtábla karakterisztikus hossza [mm]; a hőszigetelő üvegtábla rövidebb élének mérete [mm]; a hőszigetelő üvegtábla hosszabb élének mérete [mm]; a belső üveglemez vastagsága [mm]; a külső üveglemez vastagsága [mm]; a közbezárt gázréteg vastagsága [mm]; tényező a/b függvényében a 10. táblázat szerint;

10. táblázat: Bv tényező értékei A két üvegtábla között a klimatikus hatásokból ténylegesen fellépő nyomás ezek után a következő képlettel számítható:

A nyomás ismeretében a klimatikus hatásokból az egyes üvegtáblákban ébredő feszültségek a síklemezeknél megismertek szerint számíthatók ki. A klimatikus hatások elemzése, hőmérséklet- és nyomáskülönbségek megállapítása a tervező feladata. Az egyes előírások ehhez útmutatást adnak, például a TRLV [2] és a DIN 18008 téli és nyári kombináció számításbavételét javasolja a 11. táblázat szerint: Hatáskombináció téli nyári

T [K] +20 -25

pmet [kN/m2] -2 +4

H [m] +600 -300

p0 [kN/m2] +16 -16

12. táblázat: Ajánlott értékek Németország területére A táblázat szerinti értékeket a tervezőnek kell a tényleges viszonyok ismeretében pontosítania. Magyarországi felhasználáshoz az építéshely és a gyártás helyszín magasságkülönbségét várhatóan a táblázati értékeknél kisebbre, míg a hőmérsékletkülönbségét nagyobbra kell választani. Ha csak az egyik üvegtábla kap külső terhelést, akkor az üvegtábla deformációjának következtében a kitöltőgázban nyomásváltozás következik be, és ez kihat a másik üvegtáblára (8. ábra).


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

8. ábra: hőszigetelő üvegtáblák együttdolgozása A kitöltőgáz együttdolgoztató, teherelosztó szerepet tölt be az üvegrétegek között. A teherelosztó hatás számításához szükségünk van a két üvegtábla viszonyított merevségére: külső:

belső:

Az egyes üvegtáblák a külső táblára ható qa teherből a következők szerint részesülnek: külső:

a +  . i

belső:

(1-).i

Az egyes lemezrétegek méretezése ezek után a síklemezeknél megismertek szerint történhet. Irodalomjegyzék [1] prEN 13474-1:1999. Glass in Building – Design of glass panes – Part 1: General basis of design, CEN, 1999 [2] Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV), DIBt, 2006 [3] Technische Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen (TRAV), DIBt, 2003 [4] Technische Regeln für die Bemessung und Ausführung punktförmig gelagerten Verglasungen (TRPV), DIBt, 2006 [5] DIN 18008-1:2010-12. Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 1: Begriffe und allgemenine Grundlagen [6] DIN 18008-2:2010-12. Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 2: Linienförmig gelagerte Verglasungen [7] E. Wölfel: Nachgiebiger Verbund. Eine Näherungslösung und deren Anwendungsmöglichkeiten. Stahlbau 6/1987, pp. 173-180. [8] F. Feldmeyer: Klimabelastung und Lastverteilung bei Mehrscheiben-Isolierglas. Stahlbau 6/2006, pp. 173-180. [9] M. Haldimann, A Luible, M. Overend: Structural use of Glass. SEI Documents 10, IABSE, 2008. [10] Ö. Bucak: Glas im Konstruktiven Ingeneiurbau. Stahlbau-Kalender, Ernst und Sohn, 1999, pp. 515-643.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

6. Üveg merevítőelemek – gerendák, bordák és lemezek Dr. Horváth László 2. előadása Tartalom: 1. Bevezetés 2. Üveg elemek stabilitási viselkedése 3. Nyomott üvegrudak kihajlása 4. Hajlított üveg-gerendák kifordulása 5. Üveglemezek horpadása 6. Alkalmazási példák – üveg tartógerendák 7. Alkalmazási példák – üveg merevítőbordák 8. Alkalmazási példák – üveg merevítőfalak 1. Bevezetés Az üveg lemezek kis vastagságuk és nagy felületi méreteik miatt érzékenyek a stabilitásvesztésre. Az elmúlt 10 évben számos alapkutatásban foglalkoztak az üveg tartószerkezeti elemek stabilitásával, az eredmények azonban még nem elegendőek ahhoz, hogy a szabályzatokban is megjelenhessenek. Luible disszertációjában [1] az üvegtartókat egységes módszerrel vizsgálta kihajlás, kifordulás és lemezhorpadás szempontjából, így kiindulási alapul szolgál a mai kutatásoknak. Nyomott üvegrudak kihajlásvizsgálatára ad javaslatot Feldmann és Langosch [2]. Egyrétegű üveg-gerendák kifordulásáról Lindner [3] számol be, míg rétegelt üvegek esetében Kaspar, Sedlacek és Feldmann cikke [4] ismerteti a legújabb eredményeket. A lemezhorpadással eddig kevesebbet foglalkoztak, Wellershoff és Sedlacek [5] néhány új részeredményt mutat be. A stabilitási jelenségek vizsgálatáról összefoglaló áttekintést [6]-ban találunk, ahol a végeselemes modellezéshez is útmutatást találunk. 2. Üveg elemek stabilitási viselkedése Az alapvető stabilitási jelenségek – kihajlás, kifordulás és lemezhorpadás – mindegyike jellemző viselkedéssel párosul (lásd 1. ábra), melynek alapjait a hagyományos acél, fa, vasbeton anyagok esetében már megismerhettünk. A stabilitási jelenségek pontosabb megismerésével, kezelésével részletesen a Stabilitáselmélet című MSc tantárgyban foglalkoznak.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

a, kihajlás b, kifordulás 1. ábra Alapvető stabilitási jelenségek és viselkedés [1]

.

c, horpadás

Tökéletes szerkezeti elemek – hibátlan alak, rugalmas viselkedés, tökéletes megtámasztások és terhelés – esetében a kritikus teherszint elérésekor az egyensúly-elágazás jelenségével állunk szemben. A kritikus teherszint csak a geometriától, a terhelési feltételektől és a merevségi viszonyoktól függ, értéke analitikus vagy végeselemes módszerekkel kiszámítható. Valós szerkezeti elemek viselkedését azonban a kezdeti külpontosságok (az ábrán v0, w0) és az anyagi viselkedés nemlinearitása jelentősen befolyásolják. Az alakváltozások a terhelés megkezdésétől folyamatosan nőnek mindaddig, amíg az anyag szilárdsága kimerül. Kihajlás és kifordulás esetében a kritikus teher a teherbírás felső korlátját jelenti. Lemezhorpadásnál a lemezvastagsághoz képest nagy alakváltozások membránhatásokat keltenek, emiatt kritikus feletti (posztkritikus) többlet-teherbírást tapasztalhatunk. Bár a kritikus teherszint önmagában nem alkalmas a méretezésre, de a szabványos méretezési eljárások felhasználják a karcsúság definíciójában, és így a csökkentő tényezős eljárások fontos elemét képezik. A valós viselkedés pontosabb követésére alkalmasak az imperfekciókat tartalmazó másodrendű modellek, valamint a végeselemes eljárások. Üvegre ma nincsenek szabványban rögzített stabilitásvizsgálati módszerek, de másodrendű modelleken alapuló, végeselemes vizsgálatokkal ellenőrzött javaslatok már készültek [2], [3], [5]. A végeselemes technológia a legsokoldalúbban használható, azonban időigényes és megfelelő jártasságot követel. Az üveg tartószerkezeti elemek stabilitási viselkedésénél az alábbi hatásokra kell különösen tekintettel lenni:  A gyártási toleranciák előírásai szerint a gyártók igyekeznek a megengedett minimális lemezvastagságokat szállítani. A tényleges lemezvastagságok figyelembevétele a teherbírást jelentősen befolyásolja, a tapasztalatok szerint akár 10% csökkenéssel is járhat a névleges méretekhez képest.  A kezdeti alakhibák okozója a hőkezelési eljárás. Mérések statisztikai kiértékelése szerint az öntött üvegtáblák nagyon sík felülettel készülnek (v0, w0 O L/2500), míg az edzett vagy hőkezelt üvegtáblák jóval nagyobb szinusz-formájú gyártási görbeséget mutatnak (v0, w0 Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


O







BMEEOMEMAT3

.

L/300 – L/400). A tényleges görbeség nagyban függ a gyártóktól. Rétegelt üvegek az

egyrétegűhöz hasonló görbeséget mutatnak. Az üveg lineárisan rugalmasan viselkedik a törésig, ami a repedések miatt a húzott oldalon következik be. A hagyományos anyagok stabilitási tönkremenetelénél a nyomott oldal vizsgálatán volt a hangsúly, üveg esetében viszont a húzott oldali feszültségek a kritikusak. A rétegelt üvegek viselkedésre a lamináló anyag viszkoelasztikus tulajdonságai alapvető hatással vannak. PVB esetén rövid idejű terhelésre lényegesen magasabb stabilitási ellenállást mutatnak, mint tartós teherre, sőt a környezeti hőmérséklet emelkedése is kedvezőtlenül befolyásolja a stabilitási viselkedést. A viszkoelasztikus viselkedés pontos követése még a numerikus modellezésnél is nagy nehézségeket okoz, ezért például PVB laminálóanyagra az egyenértékű vastagságon alapuló egyszerűsített modelleket ajánlanak. Az üveg elemek megfogását nagyon gondosan kell kialakítani, elkerülve a külpontosságokból keletkező többlet-igénybevételeket, amik csökkenthetik a stabilitási ellenállást. A megtámasztásoknál használatos tömítések, alátétek rugalmas megfogást adnak az elemszéleknek, ami kismértékben növeli a stabilitási ellenállást. Ezt a hatást általában a biztonság javára elhanyagoljuk, mert számításbavétele meglehetősen bizonytalan.

3. Nyomott üvegrudak kihajlása Egyrétegű üvegből készült külpontosan nyomott rudak kihajlását másodrendű elmélettel követhetjük analitikusan. A rúd kezdeti görbesége w0, az erőátadás kezdeti külpontossága e a 2. ábra szerint.

2. ábra Nyomott rúd modellje, teherből származó igénybevételei és feszültségei a rúdközépen


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A differenciálegyenlet a következő formában írható fel:

A rugalmas kritikus nyomaték

A rúd közepén kialakuló eltolódás-növekmény a másodrendű hatásokra tekintettel

A rúd középső keresztmetszetének felületén kialakuló feszültségek: A tönkremenetel várhatóan a húzott oldalon következik be, ha húzófeszültségek elérik az üveg szakítószilárdságát. Rétegelt üvegeknél a lamináló réteg biztosítja a nyírási összeköttetést a két üvegtábla között. Ha a lamináló réteg lineárisan rugalmasan viselkedik, és nyírási merevsége az adott hőmérsékleten és terhelési időtartam alatt állandó, akkor az egyszerűsített kezelés érdekében helyettesíthető egyrétegű üveggel, amelynek vastagságát a rugalmas szendvics-elmélet alapján határozhatjuk meg. Kétrétegű laminált üveg esetében az alábbi összefüggéseket használhatjuk a 3. ábrán bemutatott jelölésekkel:

3. ábra Kétrétegű laminált üveg keresztmetszete

és E az üveganyag rugalmassági modulusa, míg GPVB a lamináló réteg nyírási modulusa.

Az effektív vastagság ismeretében az egyrétegű üvegeknél ismertetett formulák használhatóak, a feszültség számításánál pedig valamint ahol b az üvegkeresztmetszet szélessége. A helyettesítő lemezmodell nem veszi tekintetbe a lamináló réteg viszkoelasztikus tulajdonságait. A PVB réteg csak rövid idejű terhelés és alacsony hőmérséklet esetén biztosítja az együttdolgozást. A jelenlegi kutatások fókuszában áll ennek a hatásnak az elemzése és pontosabb kezelése. Közelítésképpen javasolható, hogy a gyakorlati méretezés során csak a rövid ideig ható terheknél – pl. szélteher vagy ütközés – és alacsony Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

hőmérsékleten (legfeljebb 25 °C) vegyük figyelembe az együttdolgozást. Tartós terhelésnél vagy magasabb hőmérsékleten két független üvegtáblával számoljunk (GPVB = 0). A kihajlási teherbírás növelésének megszokott és jól bevált módja a kihajlási hossz csökkentése például közbülső megtámasztások beépítésével. Egyrétegű nyomott üvegrúd esetében például a kihajlási hossz felezése négyszeresére növeli a kihajlási ellenállást (4. ábra). Többrétegű üvegek esetében azonban a kihajlási hossz csökkentése egyúttal csökkenti a rúd merevségét is. Az oldalirányú merevség ugyanis függ a lamináló réteg rugalmassági modulusától és a hatékony nyírási hossztól is, ez utóbbi pedig a megtámasztások távolságától. Rétegelt üvegek esetében a kéttámaszú szakaszokra bontással meghatározott kritikus teherbírás a folytonos rúdnál alsó korlátnak tekinthető. Pontosabb eredményt végeselemes analízissel lehet elérni.

4. ábra Oldalirányú megtámasztás hatása [6] A másodrendű rugalmas analízisen alapuló, gyakorlati tervezési eljárást dolgozott ki Feldmann és Langosch [2]. Egyrétegű, edzett vagy hőkezelt üvegből készült nyomott elemekre kihajlási görbéket vezettek le a húzófeszültségek korlátozása alapján, amelyek segítségével a nyomott üvegrudak méretezése az acél rudaknál megszokott módon történhet. Az elem karcsúságának megállapítása után a kihajlási teherbírás csökkentő tényezővel való beszorzással számítható ki. Az eljárást központosan nyomott rudakra dolgozták ki, L/400 kezdeti külpontosság feltételezésével. A kellő biztonsághoz M=1,4 tényezőt határoztak meg. Bemutatják azt is, hogyan lehet más külpontossághoz tartozó kihajlási görbéket levezetni, például a megtámasztási pontatlanságok tekintetbe vételéhez. Az eljárást kísérletekkel és FEM analízissel ellenőrizték. A szabványosításhoz további ellenőrzések kellenek, a vizsgált tartomány kiszélesítése jelenlegi kutatások tárgya. Nyomott üvegoszlopokat általában nem egy lemezből alakítanak ki, hanem összetett keresztmetszetet alkotnak, vagy üvegtábla kitámasztására alkalmaznak lemezbordát. Egyrétegű üveget biztonsági okból nem ajánlott használni. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

4. Hajlított üveg-gerendák kifordulása Az üveg elemek egymáshoz rögzítésének problémái miatt a gyakorlatban használatos üveg gerendákat és hajlított merevítőket egy üveglemez alkotja. A lemez merevsége (EIz) a saját síkjára merőlegesen meglehetősen kicsi, csavarási (It) és torzulási inerciája (Iω) is alacsony.

5. ábra: Üvegtető gerendarácsa, Drezda, menzaépület [7] Egyrétegű, perfekt lemez-gerenda kritikus kifordulási nyomatékát a korábbiakban például acéltartókra megismert formula, vagy más egyszerűsített képlet alkalmazásával lehet meghatározni. [3]-ban találunk egyszerűbben kezelhető, de kevesebb hatást tekintetbe vevő módszert a kritikus nyomatékra. Ilyen esetben a tiszta csavarási inercia (It) elhanyagolása megengedhető, de a tapasztalatok szerint a torzulási inerciát számításba kell venni. Bonyolultabb a helyzet, ha rétegelt üveg kifordulási kritikus nyomatékát kell meghatározni. A kihajláshoz hasonlóan lehetséges itt is az egyrétegű üvegre való visszavezetés az oldalirányú merevség számításában (EIz,eff), azonban a csavarási és torzulási inerciák kezelése jóval bonyolultabb. Luible javasol erre zárt képleteket [6]-ban. A lamináló réteg viszkoelaszticitásának tekintetbe vétele például a teher tartósságától függő GPVB értékkel lehetséges [4]. A kritikus nyomaték azonban nem alkalmazható közvetlenül a tervezésben, hanem csak közvetett módon, például csökkentő tényezős eljárással kombinálva. Egyrétegű üvegekre Lindner és Holberndt [3] dolgozott ki csökkentő tényezős eljárást, amely az acélszerkezetek tervezésével analóg módon számol. A kritikus nyomaték ismeretében a kifordulási karcsúság, majd abból a kifordulási csökkentő tényező határozható meg. Az acéllal ellentétben itt mindkét tényezőnél a húzott oldal, a húzási szilárdság veendő tekintetbe. Luible [1]-ben igazolta, hogy a kifordulási görbék konzervatív alsó korlátjaként az EC3-1-1-ben acél anyagra szereplő „c” –görbe használható. [3]-ban az üveg-gerendákra saját, egységes kifordulási görbét vezettek be, melyhez javasolt biztonsági tényező értéke M=1,5. Rétegelt üvegből készült gerendák kifordulásának gyakorlatban alkalmazható módszeréhez vezető első lépéseket tették meg [4] szerzői. Üveg gerendák kifordulási viselkedését megfelelő végeselemes módszer segítségével lehet a legjobban követni. Ilyen modellek lehetővé teszik a geometriai nemlinearitás, kezdeti imperfekciók, és megtámasztási feltételek tekintetbevételét. Az előbb említett irodalmak mindegyikénél a laboratóriumi kísérleteket végeselemes virtuális kísérletekkel egészítették ki. A hajlított gerendák és merevítőlemezek tervezésénél kiemelt gondot kell fordítani a megtámasztások kialakítására és kivitelezésére. A megfogásoknak biztosítaniuk kell a tervezett megtámasztásokat, ugyanakkor kellő elmozdulási és elfordulási lehetőséget kell hagyniuk az üvegél számára, nehogy befeszüljön. A legnagyobb hajlítófeszültségek a lemezek éleinél alakulnak ki, a korai törés elkerülésére a lemezéleket kellő gondossággal kell kivitelezni, megmunkálni, és vandalizmustól, ütésektől a lehetőségek szerint védeni kell őket.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

5. Üveglemezek horpadása Saját síkjukban terhelt üveg lemezelemek horpadásának pontos ismerete elengedhetetlen ahhoz, hogy üvegtáblákat nagy biztonsággal használhassunk merevítésként. Az első kutatások már megtörténtek ezen a területen is. Normálfeszültséggel saját síkjukban terhelt üveglemezeket Luible [1] vizsgált részletesen. Példaképpen 8 mm vastag hőkezelt üveglemez kísérleti és végeselemes számításának eredményeit mutatja be a 6. ábra.

6. ábra: 8 mm-es hőkezelt üvegtábla horpadása [1] Világosan látszik a jellegzetes posztkritikus viselkedés, a törési teherbírás jelentősen meghaladja a kritikus horpadási teher (N,cr,P) értékét. Látható, hogy lemezhorpadás esetében a kritikus tehernek a gyakorlati teherbírás megítélésében még kevésbé van szerepe, mint a többi stabilitásvesztésnél. A kísérletekre szerző numerikus modellt épített és kalibrált, majd paraméteres vizsgálatokat végzett. Kimutatta, hogy normálfeszültséggel terhelt vastagabb üveglemeznél ( a kezdeti imperfekciók nagy hatással vannak a horpadási teherbírásra, míg karcsú lemezeknél ( a horpadási ellenállás az imerfekcióktól független. Ugyancsak fontos tapasztalat, hogy nem feltétlenül az első horpadási sajátalak jelenti a legkisebb teherbírást, tehát numerikus analízisnél viszonylag sok sajátalak ellenőrzése szükséges. Rétegelt üvegek horpadási ellenállását az eddigi vizsgálatok tapasztalata szerint csak kevéssé emeli az üvegtáblák együttdolgozása. Kifejezetten magas nyírási modulusú lamináló rétegre van szükség ahhoz, hogy érzékelhető módon megnőjön a horpadási ellenállás. Jó közelítést kapunk tehát akkor, ha az alkotó üvegek horpadását az együttdolgozás elhanyagolásával vizsgáljuk. Nyírt üvegtáblák viselkedését megtámasztási feltételeik alapvetően meghatározzák (7. ábra).

7. ábra: Sarkaiban megtámasztott, valamint mind a 4 éle mentén folyamatosan beragasztott üvegtábla nyírási viselkedése


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Wellershoff [5] tanulmányozta nyírt üvegtáblák horpadásának jelenségét, bemutatta, hogy a nyomási zónákra merőlegesen húzófeszültségek alakulnak ki. A legkedvezőbb nyírási horpadási viselkedést mind a 4 éle mentén a megtámasztásaihoz ragasztott üvegtábláknál tapasztalta. Mindkettőjük tapasztalatai alapján a rendelkezésre álló horpadási analitikus modellek nem alkalmasak az üvegtáblák viselkedésének leírására. Numerikus modelleket célszerű használni, amelyek viszont nagyon munkaigényesek. A hagyományos anyagokhoz hasonló, csökkentő tényezős horpadásvizsgálat kifejlesztése indokolt, amelyhez vezető első javaslatokat is összeállították. A viszonyított lemezkarcsúság képlete normálfeszültségre

, nyírófeszültségre

. Wellershoff javaslata, hogy egyszerűsítésként a nyírási szilárdságot vegyük azonosnak a húzószilárdsággal (Rk = Rk,t). A lemezkarcsúság függvényében határozható meg a csökkentő tényező, amellyel a megszokott módon kapjuk a horpadási ellenállást. Nyírási horpadásra [5]-ben bemutatják a javasolt horpadási görbét, és a teljes EC3-konform méretezési eljárás javaslatát. Nyomott üveglemezek horpadásánál az imperfekciók már említett hatása miatt további vizsgálatok szükségesek a görbék megállapításához. 6. Alkalmazási példák – üveg tartógerendák Az üveg tartógerendák üvegtetőket vagy födémeket hordanak. Egyértelmű erőjátékuk biztosítása érdekében függőleges megtámasztásukat nagy gondossággal úgy alakítják ki, hogy a csuklós viselkedést biztosan garantálni lehessen, ne alakulhasson ki befeszülés. A hőmérsékletváltozásból keletkező hatások csökkentése érdekében a legtöbbször a támaszoknál megadják a hossztágulás lehetőségét is. Lemez-gerendákat alkalmaznak. Kifordulásra méretezni kell, ellenkező esetben a gerendák felső élét oldalirányban vagy a felfektetett üvegtáblák rögzítésével, vagy külön beépített fém szegélytartóval megtámasztják. Ez utóbbi megoldás a törés utáni teherviselés szempontjából is hasznos, mert alternatív tehertovábbítást biztosít az üveg-gerenda törése esetére. 6.1. Wolfson Medical Building, University of Glasgow [7]

8. ábra: A háromszög alaprajzú udvart lefedő gerendák és toldásuk A háromszög alaprajzú udvar lefedésére üvegtetőt építettek. A hőszigetelő tetőüvegezést egymástól 1,5 m távolságban elhelyezett üveg gerendák tartják. A leghosszabb gerenda 15,5 méter, 2x19 mm-es edzett, laminált üveg. A gerendák magassága az igénybevételhez igazodik, a legmagasabb 1,3 m. A gerendákat 3,9 m hosszú egységekben gyártották, és súrlódó csavaros, hevederezett kapcsolattal csatlakoztatták egymáshoz (8. ábra). 3 kN/m2 hóterhet kell viselnie a tetőnek, a legjobban igénybevett kapcsolatnál 100 kNm nyomatékot kell továbbítaniuk az M20 csavaroknak. A csavarok szorítóerejét az üvegfelületre speciális alátétek osztják el, a lamináló réteget pedig a csavarlyukak környezetében puha alumínium távtartókkal váltották ki. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

9. ábra: Jól látható a gerendák felső élére beépített acél U-profil A gerendák felső élére acél U-profilt rögzítettek folytonos ragasztással (9. ábra), ehhez a profilhoz csatlakoznak a tetőpanelek is. Így a gerendák felső éle kifordulással szemben rögzítve van. a teherbírási kísérletek azt bizonyították, hogy akár egy 19 mm vastag gerendalemez is képes – a másik törése esetén - önállóan a teljes terhelés elviselésére. 6.2. Egyetemi menza üvegtetője, Drezda [7] A Drezdai Műszaki Egyetem „régi menza” épületének udvarát a menza bővítése során üvegtetővel látták el (5. ábra). A szerkezet tartórácsot alkot, az üveg-gerendák 1,45*1,45 méretű hőszigetelő tetőpaneleket támasztanak alá. A két épület között a főtartók 5,75 m fesztávot hidalnak át, a melléktartók közéjük vannak befüggesztve (10. ábra). A szerkezet esztétikáját az azonos magasságú fő- és fióktartók és a szimmetrikus kapcsolatok adják. A tartók magassága 350 mm, 4 x12 mm vastag edzett és hősokkal kezelt üvegből laminálva készültek. A teherbírási számításokban csak a két belső réteget vették tekintetbe. A főtartók kifordulási stabilitását a sűrűn elhelyezett kereszttartók biztosítják. A tetőpanelek hőszigetelő üvegezése 2x12 mm alsó-felső laminált hőkezelt üveg, közötte 16 mm argon kitöltésű réssel.

10. ábra: Építés közbeni állapot


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

7. Alkalmazási példák – üveg merevítőbordák Az üvegszerkezetek merevítőbordái az önsúlyt és hóterhet viselő nyomott elemek, amelyek sok esetben egyidejűleg hajlítást is kapnak a szélteherből. 7.1. Trump Tower, Chicago [8]

11. ábra A Trump Tower bejárati homlokzata, és annak függőleges metszete A Donald Trump Tower Chicago belvárosában 92 emeleten 486 luxuslakásnak és egy ötcsillagos szállodának ad otthont. 427 méteres magasságával a világ legmagasabb 10 épülete közé tartozik. A bejárati homlokzat (11. ábra) 9 méter magas üvegfelülete különleges megoldásokkal készült Alaprajza hullámvonalat követ, és ez a hullámzás a felületen folytatódik. A függőleges üvegtáblák a 4,5 m magasságban lévő illesztésüknél megtörnek. A homlokzat fő tartóelemei a 9 m magasságú üveg pengelemezek, amelyek mindegyike különböző hajlással dől kifelé. Az 1,25 m távolságonként álló üveglemezek közé pontmegfogással rögzítették a hőszigetelő homlokzati üvegezést, melynek külső rétege 12 mm vastag edzett üveg, belső rétege 8 mm edzett üveg, közöttük 25 mm légréssel. A pengelemezek 2x12 mm edzett üvegből 1,52 mm PVB fóliával ragasztott üvegek.

12. ábra Pengelemezek illesztése 13. ábra Pengelemez kapcsolata

és

homlokzati

üvegezés

A homlokzati üvegezés pontmegfogással történt. A pengelemezeket két darabban gyártották, és középen polírozott acéllemezekkel és 50 mm-es furatba beragasztott 25 mm-es acélcsapokkal vannak illesztve (12. ábra).


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A pengelemezek tartják a homlokzati üvegezést, ugyanakkor a homlokzati üvegek biztosítják a pengelemezek oldalirányú stabilitását mind kihajlással, mind kifordulással szemben (13. ábra). A szerelés során a még megtámasztatlan pengelemezek stabilitását úgy oldották meg, hogy először a felső elemeket felfüggesztették, majd alájuk illesztették az alsó pengeszakaszokat, és ideiglenes oldalirányú kitámasztást alkalmaztak. 8. Alkalmazási példák – üveg merevítőfalak 8.1. „Temple d’Amour” Avallon, Burgundia [7] A kis épület mintegy 2 tonna súlyú, rézburkolatú fa tetőszerkezetét csak az edzett üvegből laminált oldalfalak tartják. Ugyancsak a falak biztosítják a szélerők felvételét és továbbítását.

14. ábra. Az épület nézete A hosszoldalakon a kőfalazatra támaszkodó, úsztatott üvegből laminált 2-2 üvegtábla biztosítja a függőleges terhek továbbítását, míg a végfalakon 2x10 mm edzett üvegből laminált, teljes szintmagasságú üvegtáblák a vízszintes terheket vezetik le. Irodalomjegyzék [1] Luible: Stabilität von Tragelementen aus Glas, Thése, Ecole Polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), 2004 [2] Feldmann, Langosch: Buckling resistance and buckling curves of pane-like glass columns with monolithic sections of heat strengthened and tempered glass. Challenging Glass 2 – Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, Bos, Louter, Veer (Eds.), TU Delft, May 2010. [3] Lindner, Holberndt: Zum Nachweis von stabilitätsgefährdeten Glasträgern unter Biegebeanspruchung. Stahlbau 75(2006), Heft 6, pp. 488-498. [4] Kaspar, Sedlacek, Feldmann: Das Biegedrillknickverhalten von Glasträgern aus Verbundglas. Stahlbau 76 (2007), Heft 3, pp. 167-176 [5] Wellershoff, Sedlacek: Stabilization of Building Envelopes with the use of the Glazing. Proceedings of Glass Processing Days 2005, 17-20 June, Tampere, Finland, 2005 [6] M. Haldimann, A Luible, M. Overend: Structural use of Glass. SEI Documents 10, IABSE, 2008. [7] J.Wurm: Glass Structures, Design and Construction of Self-Supporting Skins, Birkhauser kiadó, 2007 [8] Wellershoff, Utz, Balint: Lobby Fassade und Vordächer für den Trump Tower, Chicago. Stahlbau Spezial 2010 - Konstruktiver Glasbau (2007), Heft 3, pp. 167-176


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

7. Járható üvegfödémek és lépcsők Dr. Horváth László 3. előadása Tartalom: 1. Bevezetés 2. Járható és korlátozottan járható üvegezések kialakítása és méretezése 3. Megvalósult szerkezetek – mintapéldák járható üvegfödémekre 4. Megvalósult szerkezetek – mintapélda üveg lépcsőre 1. Bevezetés Az üvegtetők, üvegfödémek és lépcsők a horizontális üvegezések speciális típusát képviselik. Az üvegtetők esetében biztosítani kell a tisztítás, javítás lehetőségét. Lehetséges speciálisan kialakított, az üvegtetőn vagy afelett mozgatható külön szerkezetet építeni erre a célra – pl. acél vagy alumínium hidat. Lehetséges magát a vízszintes üvegezést méretezni a tisztító- és javítószemélyzet terhére. Ezt a tetőtípust korlátozottan járható üvegezésnek nevezhetjük. Az üvegfödémek és lépcsők esetében a vízszintes teherhordó üvegezést embertömegre mint hasznos teherre méretezni kell, azokat járható födémnek tekintve. A szokásos teherbírási követelményeken kívül az ilyen üvegfelületeknek ellenállóaknak kell lenniük véletlenszerű ütközési teherre – ilyen terheket okoz például eszközök illetve csomagok leejtése, emberek elesése. Egy bekövetkezett törés után kellő időt kell biztosítani az üvegfelület elhagyására, ezért a törés utáni teherbírás fontos szempont. A járható üvegfelületeknek csúszásmentesnek kell lenniük, ezt a legfelső üvegréteg érdesítésével, homokszórásával lehet elérni. Gondolni kell arra is, hogy az üvegfelület alulról átlátszó maradhat-e az esetleges alátekintés korlátozása érdekében. 2. Járható és korlátozottan járható üvegezések kialakítása és méretezése A járható és korlátozottan járható üvegezésekre nincs közös európai szabvány és követelményrendszer, példaképpen a német előírásokat ismertetjük [2]. Az ütközésekkel szembeni ellenállást és a törés utáni teherbírást általában laboratóriumi töréstesztekkel lehet igazolni. 2.1. Járható üvegezések Az üvegezést legalább 3 rétegből álló laminált üvegből kell kialakítani, PVB fóliával. Ajánlott mind a 4 él menti alátámasztás, de akár 2 él mentén alátámasztott lemezsávok is alkalmazhatóak – lépcsőfokoknál speciálisan csak a rövidebb élük mentén megfogva. A megtámasztások két lehetséges megoldását mutatja be az 1. ábra.

1. ábra Járható üvegezés alátámasztási megoldásai [1] A legfelső rétegben általában edzett vagy hőkezelt üveget használnak a jó ütéssel szembeni ellenállásuk miatt. Legalsó rétegként viszont a kellő törés utáni teherbírás biztosítása érdekében tilos edzett üveget beépíteni. A gyakorlatban alkalmazható méretekről és üvegrétegekről tájékoztat az 1. táblázat. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Járható üvegezés lehetséges méretei 4 éle mentén alátámasztott kivitel esetén alátámasztások távolsága max.

üvegrétegek

PVB fólia vastagsága min.

700 mm

8 mm hőkezelt + 15 mm edzett + 8 mm hőkezelt

1,52 mm

1400 mm

8 mm hőkezelt + 19 mm edzett+ 8 mm hőkezelt

2,28 mm

Járható üvegezés lehetséges méretei 2 éle mentén alátámasztott kivitel esetén max. hossz (mm)

max. szélesség (mm)

üvegrétegek

alátámasztás szélessége min.

1500

400

8 mm hőkezelt + 10 mm úsztatott + 10 mm úsztatott

kétoldali 30 mm

1500

750

10 mm hőkezelt + 12 mm úsztatott + 12 mm úsztatott

kétoldali 30 mm

1250

1250

10 mm hőkezelt + 10 mm hőkezelt+ 10 mm hőkezelt

kétoldali 35 mm

1500

1250

10 mm hőkezelt + 12 mm hőkezelt+ 12 mm hőkezelt

kétoldali 35 mm

1. táblázat: Járható üvegezés jellemzői [1]. A méretezés során figyelembe veendő terhek:  önsúly  megoszló hasznos teher, intenzitása a födém típusának megfelelő  vagy 1 db koncentrált erő a legkedvezőtlenebb helyen 100x100 mm felületen, értéke legfeljebb 3,5 kN/m2 megoszló teherig 1,5 kN, efelett max. 5 kN/m2 –ig 2 kN.  szabad térben levő üvegfelületeknél esetleges hó- és szélteher  minden olyan hatás, amely további igénybevételnövekedést okozhat, pl. hőmérsékletváltozás, támaszmozgások, külpontosságok, toleranciák. Járható üvegezés [2] szerint legfeljebb 5 kN/m2 hasznos terhelésig alkalmazható, tehát gépjárművel járható üvegfödémekre nem vonatkoznak az előírások A teherbírási határállapot ellenőrzésénél a legfelső üvegréteget nem szabad számításba venni, el kell hagyni. Az egyes üvegrétegek közötti együttdolgozást sem a teherbírási, sem a használhatósági határállapot ellenőrzésénél nem szabad tekintetbe venni. A lehajlási határ a támaszköz 1/200 része. A megkívánt ütési ellenállást [4] alapján elvégzett laboratóriumi vizsgálattal lehet igazolni. Ennek során a tényleges beépítési megoldással felépítik az üvegezés egy szakaszát, majd a hasznos teher felével megterhelt üveg próbafelületre 800 mm magasságból 40 kg tömegű acél terhet ejtenek rá. A legkedvezőtlenebb helyen leejtett acéltest nem hatolhat be az üvegbe, abból nem eshetnek ki veszélyes méretű darabok. A törés utáni állapot kísérleti igazolásához ugyanazt a próbafelületet használják, az esetleg épen maradt üvegfelületeket kalapáccsal összetörik. A rajta hagyott terhelés ellenére az előírt ideig nem hullhat darabjaira az összetört Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

üvegtábla. Az előírt időtartamot a helyi hatóságok állapítják meg, általában minimum 30 perc, maximum 24 óra között. A törési teszteken a 4 élük mentén megtámasztott lemezmezők mutatják a legkedvezőbb viselkedést. 2.2. Csak tisztítási és fenntartási céllal járható üvegezések A csak korlátozottan járható üvegezésekre enyhébb követelmények vonatkoznak. Általában üvegtetőkről van szó, a meteorológiai terheket számításba kell venni. Ilyen esetben csak egy személy tartózkodhat az üvegfelületen, amelyet az előbb említett koncentrált erővel modellezünk, és ezt nem tekintjük a meteorológiai terhekkel egyidejűnek. Üvegtetőknél a legtöbbször hőszigetelő üvegezést alkalmaznak. A külső üvegréteg általában edzett üvegből készül a kiváló törési ellenállás miatt. A belső üvegezéshez legalább kétrétegű laminált üveget kell használni, a fejfeletti üvegezésekre vonatkozó előírások szerint a legbelső üvegréteg nem lehet edzett üvegből. A méretezésnél mindegyik üvegréteget számításba lehet venni, laminált üvegnél az együttdolgozás elhanyagolásával. Ha a hőszigetelő üveg külső üvegrétege betörik, akkor a belső üvegezésnek kell viselnie a terhet – ezt mint rendkívüli állapotot ellenőrizni kell, a számításban a megengedett feszültségek 1,5-szerese vehető tekintetbe. Az ütési ellenállás ellenőrzésére [3] vonatkozik. A végleges beépítésnek megfelelően felépített üvegezésre 20x20 cm felületen a személyzetet modellező 1 kN terhet tesznek. A legfelső üvegréteget betörik, az alsó üvegtáblának legalább 15 percig hordania kell a ráesett terhet. Ezután egy homokkal kitöltött 50 kg tömegű puha zsákot ejtenek rá 1200-1800 mm magasságból az üvegezésre olyan helyen, ahol várhatóan a legnagyobb károsodást fogja okozni. A vizsgálat sikeréhez a járható üvegezéseknél már bemutatott követelmények teljesítése szükséges. 3. Megvalósult szerkezetek – mintapéldák járható üvegfödémekre 3.1. Üveghíd, Schwabisch Hall, Németország [1] A kis híd két banképületet kapcsol össze az utca felett (2. ábra). A kétoldali gerendát alkotó, 1,1 m magas 4 rétegű laminált üvegek belső rétegei 2x12 mm edzett üvegből, külső rétegei 12 mm hőkezelt üvegből készültek. Egyben korlátként és lezuhanás elleni biztosításként is szolgálnak. Az üvegtáblák éleit acél U profilok takarják, védik, a felső élvédő egyben korlátfogódzóként is szolgál, valamint a gerenda felső élét kifordulás ellen megtámasztja. A híd oldalsó és felső burkolatául 2x10 mm hőkezelt laminált üvegtáblákat alkalmaztak, amelyek az alsó élüknél és a korlát magasságában vannak pontszerűen megfogva (3. ábra). A tetőlemezek az oldalsó üvegtáblák tetejére vannak ragasztva. A tető alatt két acél drótkötél fut végig, üvegtörés esetén mechanikai biztosítást nyújtva.

2. ábra: A kis híd nézete

3. ábra Alulnézeti részlet, jól látható az oldalsó üveg-gerenda és a külső burkolat csatlakozása a járófelülethez


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A járófelület 4x12 mm hőkezelt üveg. A legfelső réteg csúszásmentesítő kerámia bevonatot kapott. 3.2. Üveghíd, Eaton Center, Calgary, Kanada [6] Az üveghíd 14,5 m hosszú, 3,66 m széles, az Eaton Center belső terében helyezkedik el.

4 ábra: Üveghíd, középen a fa struktúrájú támasszal 3 szakaszból áll, a középső szakaszát fa struktúrájú támaszra helyezték. Mindössze 3 különböző üveg elemből épül fel:  12 db járófelületi lap, felül 8 mm edzett üveg, alatta 2x10 mm hőkezelt üveg, közöttük 1,52 mm PVB  11 db kereszttartó, 3x10 mm hőkezelt üveg, közöttük 1,52 mm PVB  6 db főtartó elem, 12 mm edzett üveg, 12 mm hőkezelt üveg és 12 mm edzett üveg, szintén 1,52 mm PVB laminálással. A főtartók éleinél a középső hőkezelt üvegtáblát 20 mm-rel hátraugratták, a táblaél ütésektől való védelméül. A főtartók egyben korlátként és lezuhanásvédelemül is szolgálnak. A főtartók és a kereszttartók kapcsolódását mutatja az 5. ábra. A kereszttartókat csavarozott kapcsolatok és rozsdamentes lemezekből készült elemek kapcsolják a főtartókhoz.

5. ábra: A három tartószerkezeti elem: fő-és kereszttartók, járófelület


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A felső csavarozott csomópont részleteit láthatjuk a 6. ábrán. Az üvegszerkezetek csomópontjainak megtervezésénél előzetesen pontosan tisztázni kell, hogyan történik az összes üvegrétegre a csavarokon keresztül az erők továbbítása olyan módon, hogy az üvegrétegek között egyenletesen legyen elosztva a terhelés, és ne alakulhassanak ki feszültségcsúcsok. A számításokhoz részletes végeselemes modellek vagy például optikai feszültséganalízis alkalmazható. A gyakorlatban jól bevált megoldás a csavarlyukak bővebbre fúrása, majd a tervezett hézag kitöltése megfelelő műanyaghabarccsal. Fontos, hogy a habarcs a sokrétű követelményeknek megfeleljen: magas nyomószilárdsággal rendelkezzen; ne tapadjon az üveghez, hogy csak nyomást továbbítson, de húzást és nyírást ne; legyen idő-, nedvesség- és UV álló; és ne lépjen kölcsönhatásba a lamináló anyaggal.

6. ábra: Csavarozott csomópont részletei A járófelületet csúszásmentesítő bevonattal látták el. A járófelületi táblák és a kereszttartó kapcsolatát a 7. ábra mutatja. A járófelület hézagjának a lehetőségek szerint szűknek kell lennie, nehogy női tűsarok akadhasson bele. A mindössze 5 mm hézagot a legfelső üvegréteg meghosszabbításával érték el. A hézagban elhelyezett rozsdamentes acél csatlakozóelem és annak habarcskiöntése biztosítja a kereszttartók felső élének oldalirányú megtámasztását kifordulás ellen. A járófelület felső két rétege közötti fóliát áttetsző anyagból készítették.

7. ábra: Kereszttartó és járófelület csatlakozása A tervezés során az egyes tartószerkezeti elemek szilárdsági és stabilitási ellenőrzését, valamint az egész híd globális stabilitási vizsgálatát végeselemes modellekkel végezték el. Különös gondot fordítottak a csomópontok vizsgálatára.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

4. Megvalósult szerkezetek – mintapélda üveg lépcsőre 4.1. Teljesen üvegből készült lépcső, glasstec 2006, Düsseldorf

8 ábra: Üveglépcső A lépcső a glasstec2006 kiállításon került bemutatásra (8. ábra). Fő érdekessége a nagyméretű üvegtáblák használata mellett az SGP ragasztófólia alkalmazása. Az SGP a DuPont cég által gyártott SentryGlas Plus márkanevű lamináló fólia, amely a PVB-től eltérő tulajdonságokkal rendelkezik, mindenekelőtt jóval magasabb nyírási modulussal.

9. ábra: Lépcső vázlata

10. ábra: Oldalirányú erők felvétele

A lépcső fő méretei a 9. ábrán láthatók. A szerkezet mindössze két lépcsőkorlátból és a lépcsőfokokból áll. A korlátlemezek a függőleges terhelést mintegy 7 m hosszú, felső végén csuklón támaszkodó gerendaként hordják. A korlátok 3 rétegű. SGP fóliával laminált úsztatott üvegből készültek. A lépcsőfokok, amelyek 8 mm + 3x12 mm úsztatott üvegből szintén SGP fóliával laminálva készültek, függőleges és vízszintes síkban is csuklósan csatlakoznak a korláthoz. A lépcsőfokok legfelső rétegét a teherviselésbe nem számították bele. A korlátlemezben a hajlításból viszonylag kis feszültségek ébrednek. A korlátra ható oldalirányú terheket a lépcsőfokok két-két megtámasztási pontja között ébredő nyomaték befogó hatása veszi fel (10. ábra).


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

11 ábra: Lépcső végeselemes modellje A szerkezet vizsgálatát végeselemes analízissel végezték el, beleértve a stabilitási ellenőrzéseket is (11. ábra). Fontos volt a használhatósági határállapotban a keresztirányú lengések ellenőrzése, a sajátfrekvencia kellően magasra, 4 Hz értékre adódott. Irodalomjegyzék [1] J.Wurm: Glass Structures, Design and Construction of Self-Supporting Skins, Birkhauser kiadó, 2007 [2] Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV), DIBt, 2006 [3] GS-BAU-18. Grundsätze für die Prüfung und Zertifizerung der bedingten Betretbarkeit oder Durchsturzsicherheit von Bauteilen bei Bau- oder Instandhaltungsarbeiten, HVBG 2001 [4] Anforderungen an begehbare Verglasungen, DIBt, 2001 [5] M. Haldimann, A Luible, M. Overend: Structural use of Glass. SEI Documents 10, IABSE, 2008. [6] Wellershoff, Sendelbach, Schmitt: Einsatz von tragenden Glaselementen in Glasbrücken und Glaspavillons, Stahlbau Spezial 2011, Glasbau, pp. 13-23. [7] Peters, Fuchs, Knippers, Behling: Ganzglastreppe mit transparenter SGPKlebeverbindungen – Konstruktion und Statische Berechnung, Stahlbau 76(2007), Heft 3, pp. 151-156.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

8. Transzparens hőszigetelések, transzlucens falak Dr. Széll Mária 2. előadása Az előadás ppt anyaga a tanszéki honlapon olvasható.

Tartalom: 1. Bevezetés 2. Transzparens hőszigetelő anyagok és jellemzőik 3. Transzparens hőszigetelés az épület energetikai rendszerében, változatok 4. Transzparens hőszigetelések viselkedése téli és nyári viszonyok között 5. Transzparens hőszigetelés beépítése 6. Transzparens hőszigetelő rendszer, TRH 7. Példák transzparens hőszigetelésű épületekre 8. Transzparens hőszigetelés értékelése 9. Transzlucens falak 1. Bevezetés A transzparens átlátszó, a transzlucens áttetsző anyagot, felületet jelent. A szakma transzparens hőszigetelés jelzővel átlátszó és áttetsző anyagokat egyaránt illet. Ezen anyagok sugárzásátbocsátó képessége – nem csak a látható, hanem - a teljes hullámhossztartományra kiterjed. A transzparens hőszigetelés (TRH) anyag, illetve réteges épületszerkezet, amely amellett, hogy a hőveszteséget csökkenti, átbocsátja a napsugárzást, felmelegíti a mögöttes szerkezeteket, s így hozzájárul a terek fűtéséhez. A TRH anyagszerkezete hasonló az opak (fényt át nem eresztő) hőszigetelésekhez, "U" („k”) értéke alacsony, de szemben azokkal, "g" értéke (összenergia átbocsátása) magas.

a) b) c) Az opak (a) és a transzparens hőszigetelé (b), valamint a transzparens hőszigetelő rendszer (c) működési mechanizmusa.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

2. Transzparens hőszigetelő anyagok és jellemzőik A TRH változatai négy csoportba sorolhatók, ahol az anyagszerkezet: a) a mögöttes fallal párhuzamos síkokból áll; b) a hátfalra merőleges, sejtszerű vagy kapilláris; c) durva, makropórusos; d) finompórusú.

a)

b)

c)

d)

a) Az első csoportba tartoznak a különböző két- és többrétegű hőszigetelő üvegek is. Ezeknél a tároló tömeget a mögöttes tér szerkezetei jelentik, s a működési mechanizmust üvegházhatásnak nevezik. b) A műanyagokat a polikarbonát (PC) és az akrilüveg (PMMA) képviseli, melyekből kettős, illetve hármas bordáslemezeket, a felületre merőleges kapillár-csöves PC táblákat gyártanak. c) Forgalmaznak goromba és finom pórusszerkezetű akrilüveg lemezeket is. Ezek az anyagok csak bizonyos hőmérséklethatárig formatartók, alkalmazásukkor tűzvédelmi és egyes termékek gyártásánál - környezeti problémákkal kell számolni. d) Az aerogél finompórusú üveghab (~5 % üveg és ~95 % levegőaránnyal), amely éghetetlen, környezetbarát és a magas hőmérsékletet is elviseli, ám néhány csepp víz hatására pórusszerkezete szétesik, átlátszósága megszűnik. Ez a tulajdonsága egyelőre gátat szab alkalmazásának. Három gyártmány jellemzőit foglalja össze az alábbi két, összetartozó táblázat: típus 1. 2. 3.

anyag PMMA PC aerogél

struktúra  kapilláris durva pórusú finom pórusú

gyártó / márka OKA-LUX DeCarglas Ipawall

vtg. (mm) 62 – 142 4,5 – 16 30 – 50

súly (kg/m2) 32 - 36 200 26 - 28

típus 1. 2. 3.

kéreg bizt. üveg UV-védő floatüveg

U (W/m2K) 1,3 – 0,7 3,9 – 2,5 1,0 – 0,5

g (%) 60 – 55 83 – 78 45 – 30

hőállóság (°C) max. 80 400

tűzvédelem nem éghető

3. Transzparens hőszigetelés az épület energetikai rendszerében, változatok A szakirodalom energetikailag az alábbi változatokat különít el: a) közvetlen (direkt) hasznosítású rendszerek, b) szolár-falak és c) konvektív szolár-falak, d) hőtechnikailag elválasztott (indirekt) rendszerek.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

a)

b)

c)

d) a) Közvetlen hasznosítású rendszerek: A TRH anyagot üvegtáblák, üvegpallók közé, bordáslemezek üregeibe beépítve áttetsző felületek építhetők, amelyeken keresztül a sugárzás - s így a látható fény is – bejut a belső térbe, s a felületeken elnyelődve hőként sugárzódik vissza, felmelegítve a tér levegőjét. Hátrány a csekély fáziseltolás, és a tér túlmelegedésének veszélye. Ez utóbbi ellen a felület árnyékolásával lehet védekezni. A direkt rendszerek jól alkalmazhatók indirekt rendszerek kiegészítéseként például irodaépületekben, ahol a hőnyereség és a használat időben egybeesik. A TRH - diffúz-fényt közvetítő tulajdonsága jóvoltából - a terek természetes megvilágítását előnyösen befolyásolja. b) A szolár-falaknál a transzparens hőszigetelésen átjutó sugárzás a mögöttes fal felületének bevonatán elnyelődik. A keletkező hőáram a hőszigetelés miatt kifelé nem, csak befelé tud mozogni, s a fal belső felületén átadódik a tér levegőjének. A fáziskésleltetés a hőtárolóként működő fal anyagával és vastagságával befolyásolható, a hőingadozás a belső térben mérsékeltebb, mint a direkt rendszereknél. A hőnyereség árnyékolókkal szabályozható. Az indirekt és direkt rendszerek kombinációja folyamatos használatú terekben, például lakásokban eredményesen alkalmazható. c) A konvektív szolár-falak e rendszer változatát jelentik. A TRH hátoldalán hőelnyelő fekete lemezt helyeznek el, s az abszorber és a falszerkezet között légrést alakítanak ki. A hő konvekció és sugárzás útján közvetítődik a falra. Meleg időben a hátszellőző légrés alsó, légbevezető és fölső, légelvezető nyílását kinyitva, a légrést átszellőztetve, a felesleges hő Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

elvezethető, s így nincs szükség árnyékoló szerkezetre. Hőtechnikailag előnyös, de szerkezetileg nehezen megoldható a légrés összekapcsolása a belső térrel is. d) Hőtechnikailag elválasztott rendszerekben a napsugárzás a belső tértől elszigetelt hőelnyelő felületen alakul hővé. A hő csatornarendszeren keresztül közvetlenül a belső térbe, vagy – épületszerkezetként, esetleg épületgépészeti elemként kialakított - hőtárolóba jut. A hő szállítása és leadása gépészeti eszközökkel történik, jól szabályozható, s nem csak a közvetlenül érintett helyiségben, hanem az egész épületre kiterjedően hasznosítható. Mindez már az úgynevezett hibrid szoláris rendszerek eszköztárába tartozik. 4. Transzparens hőszigetelések viselkedése téli és nyári viszonyok között Kutatóintézetben (Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttgart) felépített modellen kísérleti méréseket végezte, déli tájolású, 3 cm akrilhabbal burkolt, 20 cm vastag betonfalon. Két egymást követő januári napon - amikor az elsőn napos, a másodikon borús időjárás volt - az alábbi eredményekre jutottak. Az első napon a hőmérséklet a fal külső felületén a TRH alatt +43 °C-ra emelkedett, a belső felületi hőmérséklet emelkedése ezt a fáziseltolódásnak és hőfokcsillapításnak megfelelően követte. A hőáramsűrűség az első nap délutánján 80 W/m² nyereség-maximumot mutatott. A mérés második napján a sugárzás csekély mértékű volt, a szerkezet hőtárolása következtében azonban ekkor sem keletkezett hőveszteség. Természetesen a szoláris energia begyűjtése TRH-sel burkolt falakon nem csak télen következik be, hanem nyáron is. A kísérleti mérések eredményei szerint a déli tájolású falon, két egymást követő napsütéses nyári napon, a TRH mögötti falfelület hőmérséklete +75 °C-ig ment fel. A belső fal tároló tömegének köszönhetően, a belső falfelület hőmérsékletingadozás azonban csak +21+24 °C körüli volt. A kísérleti falszakasz másfél éves mérési eredményei az alábbi szélső értékeket adták: Hely TRH külső síkján TRH belső síkján Belső fal külső síkján Belső fal belső síkján

Minimum hőmérséklet °C -20 0 +10 +18

Maximum hőmérséklet °C +40 +75 +75 +30

Elmondható, hogy az értékek a tájolástól, a TRH sugárzási transzmissziós jellemzőjétől és vastagságától, valamint a belső fal hőtároló képességétől nagymértékben függnek. A nyári túlmelegedés ellen árnyékolókkal, a TRH-ű burkolat korlátozott felületarányú alkalmazásával és jó hőtároló képességű belső fallal lehet védekezni. A nagyfokú termikus igénybevételt a transzparens hőszigeteléseknek csak bizonyos fajtái képesek elviselni. Ezt a hatást a burkolóés hátszerkezetek, valamint a rögzítő elemek kialakításánál figyelembe kell venni.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

TRH átlátszósága, vastagságfüggő energetikai viselkedése A TRH tulajdonságai kihatással vannak az épületre, alkalmazásával nem igazak többé a kompakt tömegformálásra irányuló törekvések. Az északi homlokzaton opak, a többin transzparens hőszigetelést beépítve, a lapos, elnyújtott körszelet alaprajzú épület fűtési energiaigénye a négyzetes alaprajzúnak ~56 %-a lehet.

TRH alkalmazásával elérhető energia-megtakarítás 5. Transzparens hőszigetelés beépítése a) Direkt TRH rendszerek: A TRH-ek többségének mechanikai ellenálló képessége csekély, az időjárás hatásaitól, az elszennyeződéstől - a PC alapúakat az UV sugárzástól is védeni kell, ezért vázszerkezetbe, védő üvegezés mögött kerülnek beépítésre. Lényegében a direkt rendszerek egy részét képezik a hőszigetelő üvegezések, mint például a HIT üveg. A polikarbonát lemezes és a profilüveg pallós kérgű változatok az alapszerkezettel megegyező módon építhetők be.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

b) Szolár falak változatai: b.1) Kézműves jellegű beépítés: TRH-t szolár-falak burkolataként alkalmazva, a fal felületét abszorbensként alakítják ki. A felületre kézműves technikával felhordott fekete bevonatok illetve szelektív abszorbens fóliák mellett, színes bevonatokat is készülhetnek, ezek abszorpciós foka azonban a feketéknél elérhető ~90 %-tól elmarad. A fal tömege hőtárolóként működik, s végül is az egész úgy funkcionál, mint egy alacsony hőmérsékletű sugárzó fűtés. A vázszerkezet kialakításánál a nagy hőmozgásokat figyelembe kell venni, s a TRH anyagon belüli nyomáskülönbségek kiegyenlítődése érdekében a kereten nyílásokat kell kialakítani. A TRH kereteit tömítő szalagok beiktatásával építik rá a falra annak érdekében, hogy a faloldalon ne alakuljon ki hátszellőzés. A fal és a TRH közötti ~ 2 cm vastag légrésre viszont azért van szükség, hogy a termikusan kevésbé terhelhető műanyagokban túlzott hőigénybevételek ne lépjenek fel. Fa vázbordás, egyszerű változata házilagos kivitelezésre is alkalmas. b.2) Szolár-fal paneles TRH-sel: Az időjárástól független, gyors szerelést kívánják elérni a TRH anyagok panelekké való összeépítésével, előregyártott elemekké alakításával. Direkt rendszerként és szolár-falakba történő beépítéshez mind az elő-, mind a hátlapot transzparens lemez, üveg vagy polikarbonát tábla alkotja. Az abszorbens réteget ekkor a falfelületre hordják fel. A besugárzott energiamennyiség szabályozására - általában a külső üvegtábla és a TRH közötti térbe szerelt - mobil árnyékoló szerkezet szolgál, melynek működését, hőérzékelőkkel összekötött, elektronikus rendszer központilag irányítja. c) A konvektív szolár-falakba beépített TRH elemek hátlapja maga az abszorber, fekete színű acél-, vagy építőlemez. d) TRH-ű hibrid homlokzat a napenergiát - szabályozható szellőzőrendszer közvetítésével - télen a tér fűtésére használja, nyáron a hátszellőző légrésen át a külső térbe vezeti. e) TRH kollektorokban: Ide ma elsősorban műanyag alapúakat építenek be, mert ezek áteresztőképessége jobb a réteges üvegekénél, így velük jelentős hatásfok-növekedés érhető el. Az üvegalapú TRH-ek előnye magas hőállóságuk, de ezek ma még fejlesztés alatt állnak. A TRH-t a kollektor előoldalára építik be, míg a hátoldalt hagyományos anyagokkal hőszigetelik. Alkalmazásukkal elmarad a fagyveszély, s így egykörös rendszerek is kiépíthetők. A kollektor integrálható a TRH homlokzatburkolatba. Ekkor például a TRH panel abszorber lemezében, a falat védő hagyományos hőszigetelés előtt vezetik a hőhordozó anyag csövezését.

TRH beépítése Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

6. Réteges transzparens hőszigetelő rendszer, TRHR A transzparens hőszigetelés alkalmazásának új lehetőségét jelenti beépítése a hagyományos hőszigetelő rendszerek részeként. A hőszigetelő dryvit-os homlokzat meghatározott részfelületeibe transzparens hőszigetelést ragasztanak be, s ez a ragasztóanyag jelenti egyúttal az abszorbenst is. A fényáteresztő és mechanikailag ellenálló PC kapilláris szerkezetű hőszigetelés átlátszó vakolatot kap, amely üvegszövet hordozórétegű, 2-3 mm-es átmérőjű üveggyöngyöket tartalmazó transzparens kérget alkot. A gyárban előregyártott TRHR elemének peremén az erősítő szövetsáv túlnyúlik, beépítéskor átlapolódik a hagyományos hőszigetelő dryvit szövetbetétjével. A TRHR eleme a konvencionális hőszigetelő lemezekhez igazodó vastagsági méretekben készül. A TRHR felületére beeső napsugárzás egy része visszaverődik, s működési mechanizmusát az jellemzi, hogy ez a visszavert hányad a beesési szög növekedésével nő. Míg a téli, 15° alatti beesési szög esetében a visszavert hányad relatív kicsi, addig a nyári 65°-nál nagy, így nyáron nem alakul ki a kedvezőtlen túlmelegedés. Déli homlokzaton, a téli hónapokban átbocsátott sugárzásmennyiség a nyári hónapokban átbocsátottnak három-négyszerese, a rendszer hatásfoka tehát télen jobb, mint nyáron. A réteges TRHR alkalmazásának feltételei:  minimálisan 1200 kg/m³ térfogatsúlyú falazat,  teljes egészében hőszigetelt homlokzat,  a speciális ragasztóanyag fogadására alkalmas felület. A transzparens hőszigetelő rendszer felületaránya célszerűen a teljes szigetelt falfelület 10-30 %-a. A felületek kialakításánál, elrendezésénél a terek használata, a homlokzat adta lehetőségek, a tájolás és a formai szempontok játszanak közre. A rendszer nem csak a déli, hanem a keleti és nyugati homlokzatokon is alkalmazható. Nyeresége nyilván az északi homlokzatfelületen a legkisebb. (A rendszer referenciaobjektuma a Tannheim-villa Freiburgban, amely felújítása óta a "Welt Solar Institut"-nak ad otthon.)

TRHR transzparens hőszigetelő rendszer intelligens viselkedése 7. Példák transzparens hőszigetelésű épületekre a) Svájci lakóépületre fabordák közé szerelt szolár-falat építettek be. Az alumínium keretes TRH-ű fal felépítése kívülről befelé: 4 mm üvegtábla, 30 mm légrés, 120 mm műanyag kapillár-lemez, abszorbens: sötét színű szálerősítésű építőlemez, légrés ~8 mm, 240 mm meszelt mészhomok téglafal. Az épület szoláris hőnyereségét mobil árnyékoló szabályozza. b) Egy másik svájci lakóház déli homlokzatán elemes TRH burkolatot alkalmaztak. Az alumínium keretes elem rétegfelépítése kívülről befelé: 5 mm üvegtábla, 12 mm légrés, 120 mm kapillár-lemez, 5 mm üveg, 240 mm mészhomok téglafal, külső síkján feketére mázolva.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

c) Az energia központú építés határkövének minősülő épület az E-autark – energetikailag önellátó – ház 1992-ben épült fel Németországban, Freiburgban. Az épületet hosszan elnyújtott déli homlokzat és csekély épületmélység jellemzi, alaprajzilag lapos körszelet, mely déli és északi zónára, valamint fűtetlen lépcsőházra van felosztva. A külső határoló felületen, így a talajjal érintkezőn is rendkívül jól a hőszigetelés, hőátbocsátási tényezője, U~0,25 W/m²K. Hőszigetelésként 23-26 cm vastag habüveget, illetve az északi falon reciklált papírpelyhet használtak. A padló-, födém- és falszerkezetek tároló tömegként viselkednek. A déli fal TRH elemeit karcsú fa keretvázra szerelték és – a sugárzásátbocsátás érdekében vasszegény biztonsági üveggel védték. Az üveg mögötti légtérben automatikusan működtetett, alumínium bevonatú textil árnyékolót helyeztek el. A homlokzat által biztosított energianyereség a fűtési hőszükségletet csaknem teljesen fedezi. A ~10 órás fáziseltolódás jóvoltából a teret nappal az ablakokon beáramló, éjjel a TRH által közvetített napsugárzás fűti, s csak néhány téli napon van szükség plusz fűtési energiára. Az épületen a természetes, megújuló energia valamennyi formáját hadrendbe állították. Leegyszerűsítve:  az ablakok a természetes megvilágításra, és a szellőzésre,  a TRH a terek fűtésére,  a foto-elektromos elemek az áramtermelésre,  a kollektorok a melegvíz előállítására szolgálnak. A természetes szellőzés mellett hővisszanyerős, mechanikus szellőzést is alkalmaznak, és geotermikus energiát használnak a szellőző levegő előmelegítésére. Az energia tárolásának és a téli időszakban való hasznosításának lehetőségét újszerű technológiával teremtették meg. Vizet bontanak hidrogénre és oxigénre, a gázokat nyomás alatt, tartályokban tárolják, s szükség esetén a hidrogént elégetve nyernek energiát. Mindez együttesen teszi energetikailag önellátóvá az épületet. Megjegyzendő még, hogy az épület megvalósításához kizárólag egészséges és környezetbarát anyagokat használtak. A környezeti koncepció részeként az esővizet is gyűjtik, és szűrés után mosáshoz és WC öblítéshez használják. d) TRH-t alkalmazott Thomas Herzog építész Windbergben épült, híres ifjúsági képzési központján. A déli homlokzat 150 m²-nyi felületére 50 mm vastag kapillár-lemezt helyeztek el. e) Frankfurt am Mainban, a Commerzbank új székházának tömör sarokfelületeire Norman Foster transzparens hőszigetelő homlokzatburkolatot tervezett. 8. Transzparens hőszigetelés értékelése Összefoglalva a TRH hatását: a napsugárzásból származó energianyereség nem csak hogy csökkenti a transzmissziós hőveszteséget, hanem megfordítja a hőáramot. A TRH-sel burkolt külső határoló szerkezetek tényleges "U" értéke - mely megmutatja a transzmissziós hőveszteség és hőnyereség viszonyát - negatív értéket vesz fel, ami nyereséges szerkezetet jelent. A hagyományos, az alacsony és a nagy átlátszóságú anyagok effektív "U" tényezőjének vastagságfüggő alakulását vizsgálva megállapítható, hogy a vastagság növekedésével a transzparens anyagok úgy kezdenek viselkedni, mint az át nem látszók. A nyereség és veszteség-csökkentés kedvező viszonyára az anyag átlátszósága függvényében az optimális vastagság megadható, ez az átlátszó anyagokra akár 10 cm, a kevésbé átlátszókra 3 cm. (Részletesebben lásd: Zöld András, Energiatudatos építészet című könyvében.) Transzparens hőszigeteléssel ellátott falak "U" tényezőjére, a 48° szélességi kör táján –0,1  -0,9 W/m²K értékek vehetők számításba. Alkalmazásukkal - még az északi falakon is kedvezőbb viszonyokat teremtve - jelentős termikus energia-megtakarítás érhető el.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A TRH-sel burkolt falak esetén a magasabb belső felületi hőmérsékletek, alacsonyabb térléghőmérséklet mellett is biztosítják a teret használók komfortérzetét. A befelé irányuló hőáram akadálytalan áthaladása a belső falfelületek szabadon hagyását teszi szükségessé, ami a bútorozást befolyásolja. A szoláris energiarendszerek három alaptípusba sorolhatók: 1) A passzív rendszerek kizárólag épített szerkezetekre alapoznak, a klímatudatos tervezés az ablakot napkollektorként, az épület tömegét energiatárolóként használja fel. 2) Az aktív rendszerek a kollektorokban, elnyelőkben nyert hőt szállító közeget csővezetéken, szivattyúval külön tárolókba vezetik. E rendszerek gyakorlatilag minden eleme gépészet. 3) A hibrid változatoknál az épület a rendszer tényleges elemévé válik, de a levegőt és vizet aktív keringési rendszerek áramoltatják át az épület szerkezetein. Elgondolkodtató, hogy jóllehet a 40-50. szélességi fok táján az aktív rendszerek „nem is olyan aktívak”, az érdeklődés mégis csak a transzparens hőszigetelések eredményei láttán fordult a passzív megoldások felé. A fentiek változatos kombinációkban jelentek meg, a kutatásfejlesztés sok szálon és hatalmas anyagi erő bevetésével folyik. A fejlesztés - az üvegburkolatú homlokzatok építészeti megjelenésével kapcsolatos problémák megoldása mellett - a mozgó alkatrészeket mellőző árnyékolók, illetve az árnyékolókat feleslegessé tevő szerkezetek kialakítására irányul. A cél a hőnyereség minél jobb hasznosítása, ami az ún. hibrid szolár rendszerek irányába fordítja a szerkezeti megoldásokat. A fejlesztések logikus végpontja az energetikailag teljes mértékben önellátó, "E-autark" ház.

9. Transzlucens falak A transzlucens falak áttetszők, s így akadályozzák a szabad kitekintést, ezért - ahol a környezettel való vizuális kapcsolat érdekében arra igény van – felületükbe átlátszó üvegezésű ablakokat építenek be. Változatok: a) Transzparens hőszigetelő betétes üvegtáblák b) Profilüveg falak c) Üvegbeton térhatárolók d) Szerves-üveg üregkamrás elemek a) Transzparens hőszigetelő betétes üvegtáblák. Transzparens hőszigetelést üvegtáblák közé helyezve, azok ablakok, üvegfalak felületelemeként építhető be. A bevilágító felület aránya ezzel - a fűtési és hűtési energiaszükséglet lényeges növekedése nélkül növelhető, s a szórt fény a teret nagyobb mélységben világítja meg. b) Profilüveg falak. A profilüveg bordanélküli üvegfelületek, homlokzati és belső falak, sédtetők bevilágító felületének ideális építőanyaga, ipari, közlekedési rendeltetésű terek áttetsző térhatároló szerkezetei. Az „U” keresztmetszetű, hosszú pallók statikailag bordáslemeznek tekinthetők, amelyeknél a bordák és a lemez együttdolgozását az biztosítja, hogy végtelenített szalagként, folyamatos hengerlési eljárással állítják elő, alakítják térbelivé őket. E falak előnyei, hogy:  fesztávjuk gyámolítás nélkül is nagy,  szerelésük egyszerű, soroló jellegű,  a pallókat két rétegben beépítve, hőszigetelő szerkezetet képeznek. A profilüveg ornamens üvegként fényszóró hatású, a sugarakat a tér mélyébe vetíti, s egyúttal akadályozza a belátást. Egy- és kétrétegű szerkezetként beépítve hő- és hangtechnikai tulajdonságai természetesen eltérőek.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Tájékoztatásul a REGLIT gyártmányra jellemző adatok: Profilüveg fal 1 rétegű 2 rétegű

k [W/m2K] 5,6 2,8

 [%] 92 85

Rw [dB] 29 39

A síküvegekhez hasonlóan itt is lehetőség van a napvédelem fokozására, fémoxid bevonatoknak a védett oldalon való felhordásával. A külső elem légrés felöli oldalán lévő fémoxid réteg az energiaátbocsátást, a bevonat nélküli, egyrétegűekre jellemző ~55%-ról, ~46%-ra mérsékli. Mindkét légrés-oldali üvegfelület bevonásával ez 38 %-ra csökken. A látható fény tartományában az egyszeres falra jellemző 85%-os átbocsátás az első esetben 71%-ra, a másodikban 64%-ra esik vissza, ami a belső tér megvilágítása szempontjából még mindig kedvező érték. Szelektív fémbevonatot alkalmaznak a hővédő profilüvegeknél is, ezekkel 2 [W/m2K] hőátbocsátási tényező biztosítható. Az üvegpallók hosszirányú huzalerősítéssel is készíthetők, ezzel a falak biztonsága fokozható. A beépítés korrózióálló acél, illetve alumínium profilok közé történik. A fölső „U” profilok magassági mérete helyet biztosít a behelyezéshez szükséges túlemelésnek, az alsó profilok pedig rejtett nyílásokkal lehetővé teszik a befogadó horony víztelenítését. A profilüveg pallók által közbezárt üregeket az alsó és fölső végeken lezárják, s a beépítéshez tartósan rugalmas tömítőanyagokat használnak. (Példa: Müncheni nyomdaépület.)

Profilüveg fal c) Üvegbeton térhatárolók: Az üvegtégla sajtolt üvegtest, melyből két elemet légtömören összeolvasztva, üreges téglát állítanak elő. Az üvegtéglafalakat relatív jó hőszigetelő képesség (k=2,9-3,2 W/m2K) és hanggátlás jellemzi. Mechanikai hatásokra kevésbé érzékenyek, mint más üvegfalak, és tűzállóságuk is kiváló. A 19. század elején megjelent szerkezet száz évig elsősorban alárendelt terek bevilágítását szolgálta, s csak a 20. század elején vált diffúz fényt átbocsátó, jelentős építészeti eszközzé (Párizs, La Maison de Verre, 1927-31). Az elemeket kétirányú vasalással erősített cementhabarcs bordázat építi össze fallá. Ez a beágyazódás biztosítja az üvegtégla és a vasbeton borda együttdolgozását. Az üvegtéglafal függőleges erőkkel nem terhelhető, nem teherhordó fal. Beépítése olyan kell legyen, hogy a szomszédos épületszerkezetek ne terheljék, deformációjuk és a hőmozgások ne közvetítsenek rá igénybevételt. Az üvegtégla felületeket - az állékonyság és merevség biztosítására Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

acélprofilok szegik be. A profilokba rugalmas (pl. ásványgyapot) elválasztó sávot fektetnek, így adva meg a csúsztató és a tágulási mozgások lehetőségét. Statikai ellenőrzés nélkül csak kisméretű falak építhetők, de megvan a lehetősége 6x6 m kiterjedésű mezők, egy dilatációs egységként történő kialakításának is. (Megjegyzendő, hogy födémként az üvegtéglák méretezett vasalattal rendelkező vasbeton hossz- és keresztbordák közé épülnek be. Az együttdolgozás azzal a következménnyel jár, hogy a sérült elemek a teherhordó szövet roncsolása nélkül nem cserélhetők ki, ezért a szerkezetet károsító igénybevételek kiküszöböléséről gondoskodni kell. A födém kapcsolata a határos épületszerkezetekkel - a teherhordó funkciónak megfelelően - koszorúval történik, de csúsztató rétegre fekszik fel, és kerülete mentén tartósan rugalmas tömítésű, dilatációs hézagot alakítanak ki.) Példák:  A hamburgi repülőtér parkolóháza közlekedőtornyának üvegtégla falánál az üvegtégla mezők a tartószerkezet külső síkja előtti melegen hengerelt „U” acél vázhoz rögzített keretekbe épülnek be.  Üvegtégla fallal épült a Finn Nagykövetség Washingtonban. A dilatációs egységek hőszigetelő üvegezésű ablakokat fogadnak be.  A berlini Potsdamer Platz iroda- és lakóépületének lépcsőházi üvegtéglafala hengerfelületén kirajzolódnak a dilatációs egységek.

Üvegbeton fal d) Szerves-üveg üregkamrás elemek. A transzlucens falakhoz sorolhatók a szervesüveg, pl. polikarbonát anyagú - üreges táblákból épülők (Lexan, Makrolon) is.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Üregkamrás szervesüveg fal Irodalom: 1. Széll Mária: Transzparens épületszerkezetek, egyetemi tankönyv. Kiadó: Szerényi és Gazsó Bt. Pécs, 2001. ISBN 963 00 7645 4 2. Szűcs Miklós: Transzparens hőszigetelések (Alaprajz, 2000. 2.) 3. Kerschberger, Platzer, Weidlich: TWD Transparente Wärmedämmung (Bauverlag, Wiesbaden und Berlin, 1998. ISBN 3-7625-3444-6) 4. Széll Mária: Transzparens hőszigetelés az energetikailag önellátó ház lényegi eleme (Magyar Építőipar, 1997. 5-6.)


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Keret nélküli és pontmegfogású üvegfalak Dr. Széll Mária 3. előadása Az előadás ppt anyaga a tanszék honlapján olvasható 9.

Tartalom: 1. Bevezetés 2. A pontmegfogások változatai 3. Az üvegek csatlakozási hézagai 4. Az üvegfal felfüggesztése 5. Az üvegfal tartószerkezete 6. Példák keret nélküli, pontmegfogású homlokzatokra 7. A keret nélküli és pontmegfogású üvegfalak értékelése 1. Bevezetés A nagy, összefüggő üvegfelületek esztétikai hatása a tartók karcsúsításával fokozható. Az átláthatóság növelésének eszköze a beépített szerkezeti anyag mennyiségének csökkentése. A függönyfalak bordáinak felfüggesztése - a stabilitási problémák kiküszöbölésére - is ebbe az irányba mutatott. A keret nélküli üvegezésekhez merevítésre is üvegbordákat használnak, nagyobb magassági méretek esetén pedig az üvegfelületet felfüggesztik. Az ezredfordulón függesztett üvegfalat egyrétegű üvegezéssel 25 m-es (München, Kempinski Hotel), hőszigetelő üvegezéssel 13 m-es, támaszkodó üvegfalat 9 m-es magassággal építettek. Az erők pontszerű átadásához biztonsági üvegekre van szükség. Lehetőség van hasonló tulajdonságú hőszigetelő üvegek ilyen módon való beépítésére is. Az üvegek kapcsolatát a teherhordó szerkezettel, rugalmas anyaggal bélelt fémszerelvények teremtik meg. Az üvegfelületet felfüggesztik az épület teherhordó szerkezetére, a felületre merőleges erőket pedig pontszerű megfogásokkal a gyámolító szerkezetekre adják át. A felület növekedésével együtt a szélerők is növekednek. Ez a probléma elegánsan oldható meg a karcsú szerkesztést szem előtt tartó, feszített sodronyköteles gyámolító szerkezet alkalmazásával. Amíg a vonal menti üvegmegtámasztás a felület 8-10 %-ára terjed ki, pontmegfogással ez 0,5 %-ra csökkenthető. A táblák méretének a gyártás és a szállítás szab határt. 2. A pontmegfogások változatai Amennyiben az üvegtábla csak kismértékű hajlító igénybevételnek van kitéve, akkor merev megfogása is szóba jöhet Nagyobb hajlító nyomatékok esetén, csuklós megfogásra van szükség. Az üveg síkjában fekvő, belső csuklók kedvezőbb erőjátékot eredményeznek, mint az üvegsík mögött lévők. A feszültségmentes beépítés előfeltétele a pontos beállítás. Változatok: a) Rögzítés az üvegek megfúrása nélkül b) Rögzítés furatokban (patch fitting, planar fitting) a) Rögzítés az üvegek megfúrása nélkül Az üvegtáblák átfúrás nélküli pontmegfogására sokféle lehetőség van. A pontrögzítő elemekhez vonal menti és pontszerű megtámasztás is tartozhat. Az üveget semmiképpen sem szabad mereven, elfordulást megakadályozó módon beépíteni. Csak akkor nem keletkeznek káros feszültségek, ha a csomópontok megengedik a szélteher okozta deformációkat. Van Olyan megoldás, amikor az egyrétegű biztonsági üvegtáblák terheit karomszerű, alumíniumöntvény elem-párok adják át a teherhordó szerkezetnek. Más változatnál az üvegek a fogadószerkezetre felhegesztett, a csatlakozási hézagba benyúló konzolokra támaszkodnak fel. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Szorítóelemes síkbeli kötélhálón: München, Kempinski Hotel b) Rögzítés furatokban Az üvegben készített furatokban való rögzítés lehet rátakaró vagy színelő, merev vagy csuklós kialakítású. A furatokban rögzített táblák - a nagyobb igénybevételek miatt - vastagabbak a vonal mentén megtámasztottaknál, a gyártásnál és a szerelésnél is nagyobb pontosságot igényelnek. Az üveg és a fém érintkezésénél rugalmas betéteket építenek be. Az üveget ez esetben sem szabad mereven, elfordulást akadályozóan megfogni, a táblának minél szabadabban kell követnie az erőhatásra bekövetkező alakváltozásokat, éppen e célból fejlesztették ki a csuklós pontrögzítőket. A legkisebb igénybevétel az üveg síkjában fekvő csukló esetén várható. A külső csuklók viszont jó csatlakozási lehetőséget nyújtanak a gyámolító szerkezethez vezető rudaknak, az úgynevezett lengőkaroknak. b.1) Rátakaró rögzítés furatokban: patch fitting. A furatokon átvezetett, rátakarós, csavaros rögzítés húzóerők felvételére is alkalmas. A minimális üvegvastagság 12 mm, a furatok átmérője 30-40 mm, helyük az üveg vastagságának és terhelésének függvénye, de edzett üvegeknél a peremektől legalább 40 mm-re vannak. A rögzítések egymástól való távolsága - az épületmagasság, az üvegvastagság és típus szerint - 1,202,50 m között változik. Az üvegtáblák - megfelelő csomóponti elemekkel, mintegy láncszerűen - egymáshoz rögzíthetők és felfüggeszthetők a az épület zárófödémére.

Rátakaró rögzítés furatokban: patch fitting, merev csomópont b.2) Színelő furatos rögzítés: planar fitting. A rendszert N. Foster fejlesztette ki az üveggyártó Pilkington céggel. A tábla előtti üvegrögzítőt a furatokon át csavarral behúzzák a furatba, így kívülről csupán a Neoprén-hüvellyel ellátott csavar látható, mely az üveggel azonos síkban fekszik. A csavarok száma a táblanagyság és a terhelés függvénye. A furat távolsága a peremektől minimum 50 mm. Az acélból és kemény műanyag elemekből, Neoprén elválasztó rétegekkel kialakított planar-fitting kényszerektől mentes, rugalmas megfogást biztosít. A 10-12 mm vastag egyrétegű biztonsági üvegeket általában maximum 2x4 m-es táblákban építik be. A hasonló módon rögzített hőszigetelő üvegezés külső síkjára ugyanilyen üveg, a többnyire 16 mm-es légrés belső síkjára 6 mm-es egyrétegű biztonsági üveg (fej fölötti felületekbe 16 mm-es ragasztott biztonsági üveg) kerül.

Színelő furatos rögzítés: planar fitting, belső csuklóval Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

3. Az üvegek csatlakozási hézagai Az üvegek csatlakozási hézagmérete minimum 10 mm, de rugalmas gyámolító szerkezet, azaz nagy mozgások esetén gyakran többre van szükség. Kevésbé rugalmas tartószerkezeteknél a hézagkitöltés csak tömítő funkciót lát el, erre a célra a szilikon-kitt megfelelő. A rugalmas gyámolítású, nagy mozgásokat végző üvegfelületek hézagait helyszíni szilikon-kitt kikenéssel erősített, előregyártott szilikon-profilokkal töltik ki.

Csatlakozási hézagok tömítése 4. Az üvegfal felfüggesztése Nagy üvegfelületeknél, a függőleges méret növekedésével fokozódik a kihajlásból következő törésveszély. Ennek elkerülésére - kihasználva az üveg húzószilárdságát - fejlesztették ki a függesztett üvegezést, mely a támaszkodóknál vékonyabb üvegek beépítését teszi lehetővé. Az üvegtáblákat a fölső vízszintes él mentén felragasztott szorítóelemekhez csatlakozó, önbeálló, ingás felfüggesztők rögzítik a teherhordó szerkezethez. A függesztett táblák alsó élük mentén elmozdulást megengedő módon, horonyba épülnek be.

Üvegtábla függesztése Az üvegtáblák furatos pontrögzítéssel közvetlenül a födémhez is rögzíthetők, s láncszerűen egymás alá függeszthetők. Norman Foster Ipswich-ben épült irodaházán az üveghomlokzatot a függőleges toldásoknál, a födémek alsó síkjához erősített, az üvegfelületre merőlegesen felragasztott üvegbordákkal merevítették. Az erők átadását az üvegtáblák között, valamint a merevítő bordák és az épület teherhordó szerkezete között fémprofilok segítik. A pontmegfogásos üvegfalakhoz rugós függesztőket is használhatnak. A táblákat egymáshoz kapcsolva láncot alkotnak, melynek felső elemét ezekkel függesztik fel az épület teherhordó szerkezetére. Így épültek meg Párizsban a Parc de la Villette üvegházai. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Párizs, a Parc de la Villette üvegházainak szerkezete 5. Az üvegfal tartószerkezete Az üvegszerkezet fogadására az épület födémjei közvetlenül alkalmasak lehetnek, s ebből nem következik feltétlenül az, hogy emeletmagas táblákat kell beépíteni. Az üvegfalnak lehet önálló tartó-, gyámolító szerkezete, melynek esztétikai minősége a célszerű kialakítástól, az elemeknek az erőátadást követő, logikus egymásra épülésétől függ. Ha a tartónak van hajlítási merevsége, kisebb alakváltozást szenved, ellenkező esetben az alakváltozások nagyok, a szerkezet és a kapcsolatok helyes kialakításával azonban nem lépnek fel káros feszültségek. A tartónak az üvegsíkhoz viszonyított helyzete lehet belső téroldali vagy külső, esetleg az üveget közrefogó. A tartószerkezet változatai:  hajlításra igénybevett, csak függőleges vagy csak vízszintes tengelyű rudak,  függőleges és vízszintes rudakból álló, oszlop-gerendás szerkezet,  rácsostartók,  ívtartók,  feszített kötélszerkezetek,  sodronykötéllel erősített, feszített tartók,  síkbeli kötélháló, valamint  a fentiek valamilyen kombinációja. Hajlított tartókat csak nyomásra, illetve húzásra igénybevettekkel helyettesítve könnyedebb szerkezet születik. Az ívtartók tetőknél gyakoribbak, mint falaknál. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A feszített kötélszerkezetek az üvegfalak gyámolítására szolgálnak. A fellépő nagy erők miatt, a támaszok merev kialakítására van szükség. Szél hatására a kötél-pár egyike mindig húzott. Mivel a köteleket megfeszítik, azok nyomóerőket is képesek felvenni úgy, hogy azok hatására bennük a feszítőerő csökken. A köteleket rudakkal kell összekötni, amelyek az elrendezés szerint kizárólag nyomásra vagy húzásra, esetleg váltakozva hol egyikre, hol másikra működnek. A kötéllel erősített, feszített tartók - mint gyámolító szerkezetek - esetében a támaszokat, nem terheli a kötelek megfeszítése, mert az a tartó tengelyében futó nyomott rúdban rövidre záródik. A tartó tengelye körüli elcsavarodást azonban meg kell akadályozni. Ha a tartók az üvegsíktól távolabb fekszenek, akkor az üveg súlyát külön függesztők veszik fel. A szélerőket – a pontrögzítőhöz csatlakozó lengőkarok közvetítésével - a gyámolító szerkezetek viszik be az üvegfelületről az épület teherhordó szerkezetére, amely például lábazati gerenda és fölső szegélytartó lehet. A kötélháló síkbeli teherhordó szerkezet, amely a tartószerkezet síkjára merőlegesen ható erőket csak viszonylag nagy deformációk árán, a kötelekben fellépő, jelentős erőkkel tudja felvenni. A deformációk korlátozása céljából a köteleket előfeszítik. A szél hatására bekövetkező behajlások - az általában a nagy feszítés ellenére is - elérik a fesztáv l/50 - l/80 részét. Ennek megfelelően az üvegtáblákat a kötélhálóhoz csuklós és/vagy elcsúszó módon kell rögzíteni, így a nagy alakváltozás során maga a hálószem a nélkül tud deformálódni, hogy az üvegtáblákban káros feszültségek lépnének fel (Példa: München, Hotel Kempinski). (A fejlődés további lépcsőjeként látványosan filigrán tartószerkezetet építettek a berlini Sony Centerben, a Hotel Esplanade felújításánál. A 60x20m-es üveghomlokzat csak függőleges feszített kötéltartókból áll, amelyek egymástól 2m távolságra vannak. A 2x2 m-es táblák fúrt pontmegfogásokkal, közvetlenül a kötélzetre kapcsolódnak. A tartók feszítő erejét rugócsomagok tartják – szélteher mellett is – nagyjából konstans értéken. A kötéltartókban magas hőmérsékleteknél, a hőtágulás következtében csökken a feszítőerő. A rugók ezt a hatást képesek ellensúlyozni. A feszítőerő és a háló szél hatására bekövetkező deformációja ezzel a hőmérséklettől függetlenné válik.)

Oszlop-gerendás tartószerkezet


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Függesztett üvegfal integrált nyomott rudas feszített kötéltartóval Amszterdam, koncertterem a Berlage börze épületében 6. Példák keret nélküli, pontmegfogású homlokzatokra Változatok:  Merev tartószerkezetre épített pontmegfogású üvegszerkezetű átjárót építettek a Graphisoft parkban.  Könnyített gerincű, függőleges falvázbordák tarják a berlini börzeközpont, a Ludwig Erhard Ház pontrögzítéses, zománc-raszteres üvegfalát.  A frankfurti Zeil-Galerie tört síkú üvegfala részben csőszelemenekkel, részben üvegbordákkal gyámolított.  A berlini „debis” Zentrale iroda- és lakóépületeinek „quattro” (négypontos rögzítő) elemeit csőváz fogadja.  Az angliai Ipswich-ben felépült irodaház homlokzati üvegfala a felfüggesztés korai példáját mutatja. Az 1970-es évek elején, az egymáshoz kapcsolt, 1,65x1,65 m-es, 12 mm vastag, egyrétegű biztonsági üvegtáblákból áll. A teljes felületet a zárófödémre függesztették fel, de a vízszintes erőket, a merevítést szolgáló üveglamellák közvetítésével minden födémnél átvezették. A táblák csatlakozási hézagait szilikonnal tömítették.  A londoni Stockley park irodaépületének üvegfala fekvő helyzetű, 3,0x1,35 m-es hőszigetelő üvegtáblákból áll. Az elemeket négy helyen, színelő pontrögzítőkkel, csapok közvetítésével erősítették a belső oldali függőleges falváz-oszlopokra. Az alumínium szelvényeket, amelyekbe a nemesacél csapokat illesztették, az épület tartószerkezetéhez rögzítették. A homlokzat hőszigetelő üvegezéséhez zománcozott pontraszteres (Litex) üvegeket alkalmaztak, melyek mintázata a mennyezet felé sűrűsödik, így azok az évszakok során változó napállásszög szerint más és más jellemzőket mutatnak. Az üvegek csatlakozási hézagait szilikon-kitt tömítés zárja le. A napvédelmet perforált rozsdamentes acél pergola is segíti.  A stuttgarti anyagvizsgáló laborépület csarnokának pontmegfogású üvegfala acél zártszelvényekből hegesztett oszlop-gerendás tartószerkezetre került. Az 1,2x1,2 m-es, egyrétegű biztonsági üvegtáblák terheit karomszerű alumíniumöntvény elem-párok adják át a teherhordó szerkezetnek. Az üvegeket a belső oldali elemek rozsdamentes acél konzoljai támasztják alá, s a merőleges erőhatások ellen a közbeiktatott rugalmas Neoprén Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


  











BMEEOMEMAT3

.

alátétekkel bélelt korongok biztosítják. A szerelvény menetes hüvelyes távtartóval kapcsolódik az üvegfal tartóvázához. Az üvegtáblák közötti hézagokat tartósan rugalmas szilikon-kitt kitöltéssel zárják le. A kölni Stollwerk Múzeum pálmaházának „quattro” megfogású üvegfalát vízszintes helyzetű rácsos szelemenek tarják, melyeket függőleges sodronykötelek feszítenek össze. A berlini Sony Center műemléki épületrésze elé épített pontmegfogású üvegfal függőleges rácsostartókkal megtámasztott, melyeket acélsodrony andrás-keresztek merevítenek. Az üvegfalat közrefogó tartószerkezet egy változatát mutatja a müncheni Royal mozi homlokzati felújítása. Az épület, mint az 1950-es évek jelentős épülete, műemléki védettséget élvez. Az eltelt évtizedek alatt az épület külső kerámialap falburkolata tönkrement, ezért az időjárás elleni védelem érdekében üveg homlokzatot kapott, amely az eredeti megjelenést a lehető legkevésbé befolyásolja. Az üveg külső síkján futó, függőleges cső vázoszlopok az alsó és felső födémek széléhez csatlakoznak, s fönt a mögöttes falhoz vannak kihorgonyozva. Az oszlopokhoz hegesztett csonkok fogadják a pontrögzítőket, s indítják az üvegfal belső síkján futó cső-szelemeneket s a falhoz kitámasztó rudakat. Az üveg rideg anyag, szilárdsági tulajdonságai miatt elsősorban normálerők felvételére alkalmas. Függesztett beépítésnél önsúlya húzásra veszi igénybe, támaszkodó szerkezeteknél a karcsúságból adódó kihajlás veszélyét merevítéssel kell elhárítani. Próbálkozások történnek az üveg nyomószilárdságának kihasználására is. A hollandiai Benthem-ház ideiglenes jellegű, így a kísérletet az építési rendeletek nem korlátozták. Az üvegkonténer-szerű épületet acél térrácsra szerelt födém hordja. A feszített acéltartós, könnyű zárófödém teherhordó szerkezetét, a 15 mm-es üvegbordákkal megtámasztott, 12 mm vastag üvegfalak alkotják. Az amszterdami börze régi csarnokában felállított hangversenyterem egy üvegpavilon, melynek tartószerkezete acél oszlopokon nyugvó térrács Ennek peremére függesztették fel az egymás alatti, 1,8 m2 felületű, 8 mm vastag táblákból álló üvegfalat. Az úgynevezett „quattro”, négypontos rögzítők a sarokpontokon kapcsolják össze a szomszédos táblákat, ezek rúdcsonkjaihoz csatlakozik az üvegfalat gyámolító, feszített kötéltartó. A tetőfelületet ugyanekkora felületű, de 10,2 mm vastag ragasztott biztonsági üvegtáblák alkotják. A koncertterem tervei akusztikai szaktervező bevonásával készültek. A párizsi Citroën Park üvegházai - két nagy és hat kisebb – teljesen átlátszóak. A 45x15x15 m befoglaló méretű, nagy pálmaházak 15 m-enként elhelyezkedő oszlopait fölső peremtartó fogja össze, ez hordja az üvegtetőt és rugós függesztők közvetítésével az üvegfalat. Az üvegfal gyámolítása tisztán mutatja a szerkezeti hierarchiát. A mezők szélén elhelyezett, függőleges tengelyű, kötéllel erősített feszített tartókhoz azonos erőjátékú, vízszintes tengelyű szelemenek csatlakoznak. Ez utóbbiak feszítő rúdjaihoz csatlakoznak az üvegfal pontrögzítéseinek lengőkarjai. A tartók kibicsaklását további vékony sodronykötelek akadályozzák meg. A homlokzat elé kihelyezett tartóvázzal épült meg a Banque Populaire üvegfala a franciaországi Montgermont-ban. A kettős csőárbocok fönt hossztartókat, közbül vízszintes síkú, kötéllel erősített, feszített tartókat hordanak. E tartókat függőleges síkú, „V” alakú sodronykötelek tartják vízszintes helyzetben, és stabilizálják lehajlás, valamint kifordulás ellen. A hőszigetelő üvegezésű homlokzatot a tetőről függesztették le, és a vízszintes tartókhoz, a pontrögzítőkhöz csatlakozó 1,5 m-es lengőkarokkal támasztották ki. A londoni 4 Tv csatorna épületének bejárati csarnokát üvegtető és két, negyed hengerpalást alakú üvegfal határolja. Az átriumszerű tér belső síkján hőszigetelő üvegezésű, bordavázas üvegfal van, a külsőn egyrétegű pontmegfogású üvegezés. Ennek láncszerűen egymáshoz kapcsolt üvegtáblái acél konzolokról függenek le és szél ellen


2011. ősz










BMEEOMEMAT3

.

kétirányú, feszített kötélszerkezettel vannak gyámolítva. A kialakuló hálópontokhoz csatlakoznak a pontrögzítők lengőkarjai. A relatív nagy feszítő erőket az épület vasbeton szerkezete veszi fel. A szerkezeti elemek hierarchikus egymásra épülése világosan nyomon követhető a párizsi tudomány és technika központja kiállítási épületén, a Parc de la Villette üvegházain. A három üvegépítmény az épület déli, parkra néző homlokzatához csatlakozik, 8 m mély, 4x8 m magas és széles. A tartószerkezet - 300 mm átmérőjű, az igénybevételek nagysága szerint 6-35 mm falvastagságú csövekből szerkesztett váz - ezen a raszteren fut. A 8x8 mes mezőket 4 üvegsáv alkotja, melyek mindegyike egymással összekapcsolt 2x2 m-es üvegtáblákból áll, és a legfelső tábla középpontjában van rugós rögzítővel a vázra felfüggesztve. Az üvegtáblák sarkait négypontos, színelő pontrögzítők fogják meg. A pontrögzítőkbe a lengőkarok csuklósan illeszkedne. A lengőkarok feszített kötéltartókhoz kapcsolódnak, ezek képezik az üvegfelület gyámolítását a vízszintes síkban ható erőkkel szemben. Magát az „U” alaprajzú vázat 8 m-ként, a vízszintes síkban futó, feszített kötéltartók merevítik. A csőváz jelenti az építmény primer szerkezetét. A másod(vázmerevítő) és harmadrendű (üvegfal-gyámolító) elemek feszített tartók, ezek a vázhoz öntvény-elemekkel kapcsolódnak. A szerkezeti hierarchia további alárendelt elemei a lengőkarok, a rugós függesztők és az üvegrögzítők. A pontmegfogások gömbcsuklósak, ezek flexibilitásának köszönhetően az üvegben nem lépnek fel káros helyi feszültségek. A felületet 12 mm vastag, egyrétegű biztonsági üvegtáblák alkotják. Esztétikus szerkezetet eredményez a feszített kötéltartók és üvegbordák együttes alkalmazása. A berlini Sony Center üveghomlokzatát vízszintes tengelyű üvegszelemenek és feszített kötéltartók gyámolítják. Az épületegyüttes részeként felépített Filmpalota homlokzatán az üvegbordák függőleges tengelyűek, s a födémek peremtartói aláfeszítettek. A keretnélküli szerkezetek külön csoportját jelentő lamellás üvegezésekre mutat példát a Karlsruhe-i ZKM. Az első világháború végén Karlsruhe-ban épített ipari épületet kulturális központtá átalakítva, zenestúdióval bővítették. A fokozott akusztikai követelmények kielégítésére a „ház a házban” elvet alkalmazták. A teherhordó acélváz belső síkjára épített vasbeton építményt hang-visszaverő és elnyelő burkolattal látták el. A tartószerkezet külső síkjára üveghéj került. A tetőn 6+6 mm-es ragasztott biztonsági üveget, a falon fix üvegezésként 15 mm-es edzett üveget építettek be. A homlokzat nagy részét képező 12 mm-es edzett üveg lamellák részben vízszintes, részben függőleges tengely körül forgathatók el. A vízmedencébe állított üveg „média-kubus” - látványos megvilágításával is - érdekes kontrasztot alkot a hajdanvolt lőszergyár neoklasszicista homlokzatával. A feszített kötélháló fal leghíresebb példája a müncheni Kempinski Hotel átriumának üveghomlokzata, melynek szerkezettervezője Jörg Schlaich volt. Az üvegfal 40 m széles és 25 m magas, tartószerkezete 22 mm átmérőjű kötelekből álló síkháló, melyet nagy erőkkel feszítettek meg. A feszítő erőket a határos épületszerkezetek veszik fel. A homlokzatot 1,5x1,5 m-es befoglaló méretű, 10 mm vastag edzett üvegtáblák alkotják, ezek súlyát a függőleges kötelek hordják. A táblákat a négy sarkukon pontrögzítő elemek fogják a kötélzethez.

7. A keret nélküli és pontmegfogású üvegfalak értékelése Az üvegezett terek többségénél a tervezés célja a legnagyobb fokú transzparencia elérése: járja át a teret a fény, ne akadályozzák vaskos szerkezetek a kitekintést, sőt a belátást sem. Képezzen a tér átmenetet a külvilág és az épület között, nyújtson védelmet az időjárás szélsőségeitől, de ne zárja el használóit a környezettől. A közvetlen rendeltetés télikert, Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

kiállítási csarnok, átrium, de az úgynevezett kéthéjú homlokzatok köztes tere is lehet. Az eszközt az építészet a keretnélküli és pontmegfogású üvegszerkezetekben találta meg. A szinte tökéletes átláthatóság elérését egyik oldalról az üveg szerkezeti tulajdonságainak mind jobb megismerése, az üveggyártási technológia tökéletesedése, másik oldalról a rendkívül anyagtakarékos rögzítési és gyámolítási megoldások kifejlesztése tette lehetővé. Az eredmény a külső oldalról nézve teljesen sík üvegfelület, amely egyszerre mutatja a belső teret és a környezet tükörképét. A fény mennyisége és minősége a nap folyamán állandóan változik, ami az üvegfelület megjelenésének változását vonja maga után, az anyagtalanságtól a tükröződésig. A belső oldalról nézve vékony kötelek, rudak, csomópontok mutatják a minimumra csökkentett tartószerkezetet, az üveg viszont a fényviszonyok miatt lényegében láthatatlan. Az üvegházak - üvegfalak - szerkesztését szigorú következetesség jellemzi. Az elemek - a teherhordó szerkezet és merevítése, az üvegtáblák függesztése és gyámolítása, valamint az üvegezés a pontmegfogásokkal – hierarchikus rendben épülnek egymásra. A teherátadás az alsóbb rendűekről a magasabb rendűekre történik, ezeknek viszont nincs hatásuk a hierarchiában alattuk állókra. A csaknem virtuális szerkezetek jelenlétét az üvegfelületen megjelenő pontrögzítések teszik valóságossá. A pontrögzítés, mint az üveg beépítésének lehetősége más területeken is alkalmazásra talált, így például üveg homlokzatburkolat szerelvényeként, vagy kéthéjú homlokzatok külső kérgénél. A pontrögzítések furataiban nagy a feszültség-koncentráció. A vonal-menti üvegmegtámasztás statikailag kedvezőbb, de a felület így kevésbé transzparens, mint pontmegfogások esetén, a felragasztott üvegbordákkal való megtámasztás pedig egyelőre még szabályozási korlátokba ütközik. A teherhordási viszonyok a peremeken, ékeken felfekvő táblák, tányéros rögzítők - „kvázi” pontmegfogások - esetében kedvezőbbek, mint a furatokban történő rögzítésekéi. Sikerrel kecsegtetnek az üvegek peremére felragasztott, nagyon karcsú fém, vagy műanyag kapocs-szerű rögzítőkkel végzett kísérletek is.

Irodalom: 1. Széll Mária: Transzparens épületszerkezetek, egyetemi tankönyv. Kiadó: Szerényi és Gazsó Bt. Pécs, 2001. ISBN 963 00 7645 4 2. Becker Gábor DLA: Üveg és technológia az ezredfordulón (Alaprajz, 2001.1) 3. Reith András: Pontmegfogású üveghomlokzatok (Alaprajz, 1999.) 4. Alfred Rein: Seilnetzkonstruktionen für Dächer und Fassaden (Detail 1999. 4.) 5. Peter Rice, Hugh Dutton: Transparente Architektur. Glasfassaden mit Structural Glazing (Bikhäuser Verlag, Basel, Boston, Berlin, 1995, ISBN 3-7643-5135-7)


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Kéthéjú homlokzatok Dr. Széll Mária 4. előadása Az előadás ppt anyaga a tanszéki honlapon olvasható. 10.

Tartalom: 1. Bevezetés 2. Kéthéjú homlokzatok változatai 3. Szerkezeti részek 4. Kéthéjú homlokzatok tervezése 5. Kéthéjú homlokzatok értékelése 1. Bevezetés A kéthéjú homlokzatok - a többrétegűség elvén – külső oldali üvegkéregből, köztes légtérből és a belső térrel határos üvegfalból állnak. A külső héj az időjárás- és zajvédelem fokozását szolgálja. A többnyire árnyékoló szerkezetet is befogadó légtér - az üvegházhatásnak köszönhetően - átmeneti légállapotban van, s benne a nap keltette felhajtóerő és a szél hatására légáramlás alakul ki. A belső homlokzat közvetlenül a hővédelmet teljesíti. A külső, a köztes és a belső térnek a héjakon kialakított nyílásokkal való összekapcsolása lehetővé teszi a belső tér természetes szellőztetését. A homlokzat a környezet és a belső tér változásaira dinamikusan képes reagálni, változtatja áteresztőképességét, szabályozza az épület és környezete közötti energiaáramokat. Az energia így formaalkotó tényezővé lép elő, aminek következtében ezen épületek építészeti megjelenése a hagyományos épületekétől eltér, sőt az időjárásnak, napszakoknak megfelelően folyamatosan változik is. A kéthéjú homlokzatok lehetővé teszik:  a szellőző levegő szoláris előmelegítését,  a transzmissziós és szellőzési hőveszteség mérséklését,  a homlokzatokhoz közeli diszkomfort zóna megszüntetését,  az ellenőrzött, huzatmentes természetes szellőzést nagy szélsebesség és szélcsend esetén is,  a hővisszanyerést az elhasznált levegőből természetes szellőzés esetén is,  az éjszakai hűtést az ablakok feltárásával eső és betörés ellen védetten,  a vihartól védett, hatékony, szabályozható napvédelmet,  a zajvédelmet.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A kéthéjú homlokzat részei és működése 2. A kéthéjú homlokzatok változatai Az egyes típusok legjobban az épület szellőztetési módja alapján különíthetők el. a) Mesterségesen, gépi úton szellőztetett épületek szerkezetei: a.1) Légelvezető homlokzatok; a.2) Átmenő légteres homlokzatok; b) Részben természetes szellőzésű épületek szerkezetei, melyek lehetővé teszik, hogy az épület az év túlnyomó részében természetes szellőzéssel üzemeljen: b.1) Kapcsolt-ablakok; b.2) Aknás-ablakos homlokzatok; b.3) Folyosós homlokzatok; b.4) Szakaszolt folyosós homlokzatok; A felsorolt alapváltozatokon túlmenően ezek kombinációi és egyéb megoldások is lehetségesek. a) Mesterséges, gépi úton szellőztetett épületek szerkezetei a.1) Légelvezető homlokzatok. Ezeknél a belső terek elhasznált levegőjét vezetik át a kéthéjú homlokzat 10 – 20 cm mély légterén. A légtömegáram meghatározásakor a kondenzáció elkerülését veszik alapul. Mivel a belső felületi hőmérséklet a belső léghőmérséklettel lényegében megegyező, a homlokzat közelében nem alakul ki diszkomfort zóna, s a belső tér léghőmérséklete alacsonyabb lehet. Nyáron a köztes térben elhelyezett árnyékoló lamella-sort az elszívott levegő lehűti. Napvédő üvegekkel a szükséges hűtő teljesítmény tovább mérsékelhető. A szerkezet transzmissziós hővesztesége a hagyományos hőszigetelő üvegezésű homlokzatokhoz viszonyítva 50-60 %-kal kisebb. A homlokzaton átvezetett levegő lehűlése miatt azonban tényleges energia-megtakarítás alig mutatható fel.  Delft: a Műszaki Egyetem könyvtárának homlokzata: az épület keleti homlokzata 11 fokban kifelé dől, külső síkján hőszigetelő üvegezésű, belsőn egyszeres üvegezésű toló ajtókkal rendelkezik, a köztes tér mélysége 140 mm. A napvédelmet a köztes térben elhelyezett, reflektáló felületű, alumínium lamella-sor szolgálja. A tér elhasznált Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz




BMEEOMEMAT3

.

levegőjét a padló vonalában szívják el és a födém üregein át juttatják el a szellőzőközpontba. Budapesten, a Paulay Ede utcában megépült irodaház szintén kifelé dőlő, légelvezető homlokzata a delftihez hasonló, a szellőző levegőáram itt is emelkedő.

a.2) Átmenő légteres homlokzatok. A zárt puffer-homlokzatot két, hermetikus üvegfal alkotja. Télen a köztük kialakuló légpárna mérsékli a hőveszteséget. A kondenzáció megelőzésére a külső héjon kisméretű gőzkiegyenlítő nyílásokat alakítanak ki. A nyílások jóvoltából a köztes térben megindul a légáramlás, ez azonban korlátozott mértékű, így a légcsere a környezettel csekély. Napsütés hatására a köztes térben felfelé a léghőmérséklet jelentősen emelkedik, ennek megfelelően a gőznyomás-kiegyenlítő nyílások méretét is növelni kell. A nyári hőterhelés ellen a belső kéreg nyújt védelmet, valamint a homlokzat alsó és felső szélén elhelyezett szellőzőfedelek felnyitásával kialakuló légáramlás és az árnyékoló. Aszerint, hogy a köztes tér állandóan szellőztetett, vagy motorikusan működtetett szellőzőfedelekkel szabályozott, passzív és aktív rendszerek különböztethetők meg. Többszintes épületeknél a túlmelegedés megelőzésére a külső héjon legalább 3 szintenként szellőző nyílásokat alakítanak ki. Magasházaknál a légteret függőleges irányban szakaszolni kell.  Bonn, a német posta toronyháza szerkezeti elrendezését tekintve ide tartozik, de a természetes szellőzésre is lehetőséget ad. A kéthéjú homlokzat 9 emeletes átmenő légteres szakaszokból áll. A függesztett, karcsú szerkezetre ható szélerőket a födémekhez kitámasztott „tűk” vezetik be a szerkezetbe. A külső és belső homlokzat nyílászárói központilag irányított, motorokkal működnek.  Londoni a Tv 4 székháza. A külső héj esetenként több méterre eltávolodik a belsőtől, a két homlokzat között így átriumszerű tér alakul ki, melynek integrálása az épület szellőzési és energetikai rendszerébe külön feladat.  Bécs, UNO City Androméda irodaház, valamint az ugyanott épülő új irodaház és a budapesti Kálvin tér irodaházainak kéthéjú homlokzata is ebbe a csoportba sorolható.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Légelvezető homlokzat példája, Budapest, Paulay Ede u. Az energiatakarékosság és a természetes szellőzés követelményét egyidejűleg kielégítő kéthéjú homlokzatok, a levegő vezetése alapján különíthetők el. Az átszellőzés szempontjából elégséges, ha a köztes tér 30 cm körüli szélességű, de a karbantartás és tisztítás céljaira ezt 0,51,0 m-re növelik, ami a teret a légtechnikai vezetékek szerelésére is alkalmassá teszi. A transzmissziós hőveszteség mérséklésére a belső oldali kéreg hőszigetelő üvegezésű, a külső egyrétegű, edzett vagy ragasztott biztonsági üvegből készül. A köztes térben a szabályozható napvédő lamella-sort célszerű a külső üveghez közel elhelyezni. Ha a homlokzat belső köpenyét nyílások törik át, a köztes teret akusztikai és tűzvédelmi okokból szakaszolni kell. Zárt puffer-homlokzatoknál erre nincs szükség. b) Részben természetes szellőzésű épületek szerkezetei b.1) Kapcsolt-ablakok. Ezek a hagyományos szerkezet újrafogalmazott változatát jelentik. A kapcsolt-ablakok befelé nyíló, hőszigetelő üvegezésű szárnyakkal tárhatók fel. A külső, egyszeres üvegezésű szárnyon levegő be- és elvezető nyílások vannak. Alkalmazásukra nagy külső zajterhelés és a szomszédos terek közötti szigorú léghang-gátlási követelmény esetén kerül sor. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz




 





BMEEOMEMAT3

.

Berlin, Potsdamer Platz 1. alatti irodaépület klinkertégla burkolatú homlokzatának ablakaránya 40% körüli. A 71-75 dB-es terhelő zajszint miatt az ablakok kétrétegűek. A külső, egyszeres üvegezésű, csak a tisztítás érdekében nyitható szárnyak alsó és felső élük mentén légréssel rendelkeznek, ezeken keresztül, a belső szárnyak feltárásával, a belső terek közvetlenül szellőztethetők. E rések egy emelőszerkezet segítségével télen elzárhatók, s így a kollektor-hatás kihasználható. Az ablakszellőzés valamint a kiegészítő gépi szellőzés és hűtés szélsőséges időjárás esetén is jó komfortfeltételeket teremt. Bonnban a BLM, a mezőgazdasági minisztérium homlokzat-felújítását tervezték ilyen szerkezettel. Stuttgarti EVS, energiaellátó központ. Az ablakok vízszintes irányú sorolásával szalagablakos elrendezést alakítottak ki. A köztes tér szakaszolását a függőleges tokosztó bordákhoz szerelt elválasztó falak oldják meg. A kéthéjú ablakok külső héját motorikusan működtetett, süllyedve emelkedő lamellás szárnyak alkotják. A 45 cm mély köztes térben alumínium lamellás árnyékoló van. A nagy belső hőterhelés miatt az épületben nincsenek radiátorok, szélsőséges időjárású napokon a fűtő/hűtő mennyezet lép üzembe. Frankfurt am Main: Commerzbank. Az épület az ökologikus szemléletet képviselő, energia-tudatos irodaház példája. A külső homlokzati ablaksáv kéthéjú szerkesztésű. A belső oldali bukó ablakok előtti üvegezést az alsó és felső él mentén légrés kapcsolja össze a külső térrel, a köztes térben, széltől védetten helyezkedik el a mobil árnyékoló. Extrém hőmérsékleti viszonyok, vihar esetén központi vezérlés zárja az összes ablakot, és kapcsolja be a gépi szellőztető berendezést. Az épület azonban az év túlnyomó részében természetes szellőzéssel és megvilágítással üzemel. Berlin: Friedrich Strasse. A kapcsolt-ablakos szerkesztés homlokzati elem-méretre kiterjesztve is alkalmazható.

Kapcsolt ablakos homlokzat, Berlin, Potsdamer Platz 1.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

b.2) Aknás-ablakos homlokzatok. Ezeknél a homlokzatot függőleges mezőkre bontják, amelyekben üvegezett légelvezető csatornák és szintenként elválasztott kapcsolt ablakok váltakoznak. Az ablakok a belső térrel összenyithatók, a külső héj alsó éle mentén szabályozható légbevezető nyílás van. Köztes terüket az aknákkal légelvezető nyílások kötik össze. A nap által felmelegített levegő az aknában felfelé áramlik, s elszívja az ablakos mezőből az elhasznált levegőt, melynek helyére kívülről friss levegő áramlik. Az akna legfeljebb 3-4 szint magas lehet. A köztes tér ~25 cm mélységű, az összekötő nyílások mérete csekély, ezért az áthallás és a tűzterjedés veszélye nem fenyeget. A homlokzat hőátbocsátási tényezője - U=0,85 [W/m2K] - nagyon jó, hátrányos viszont, hogy az ablakos mezőben a friss és az elhasznált levegő keveredik. Ez elkerülhető, ha a terek a friss levegőt másik homlokzatról, vagy átriumból kapják, s a rendszer csak légelvezetésre szolgál.  Berlin-Adlershof-ban az innovációs központ aknás-ablakos homlokzattal épült fel. b.3) Folyosós homlokzatok. Ezek működtetése a természetes szellőzésen alapul. A köztes tér szintenként elválasztott, a folyosót vízszintes irányban csak ott szakaszolják, ahol akusztikai, tűzvédelmi, vagy szellőzés-technikai megfontolások azt szükségessé teszik. Az épület külső köpenyén keskeny, levegő be- és elvezető nyílásokat, a belsőn nagyobb méretű nyitható felületeket alakítanak ki. A hőmérséklet-különbség hatására légcsere alakul ki a külső, a köztes és a belső tér között. Ha a hőmérséklet-különbség nem éri el az 5°C-t, gépi szellőztetésre van szükség, ami egyúttal a téli páralecsapódás megelőzésére is szolgál. Télen, a szellőzőnyílások elzárásával, a kialakuló légpárna és a szoláris nyereség jóvoltából 30-50 % fűtési energia-megtakarítás érhető el. A nyári hőterhelést az állítható lamella-soros árnyékoló és a szellőző levegőáram mérsékli, de a belső ablakokat a forró nyári napokon zárva kell tartani. Az épület és a hely függvényében általában az év 60 %-ában van lehetőség természetes szellőzésre, s az ablakszellőzés, valamint az árnyékolás nagy erejű szél esetén is működik.  München, Max Planck Ház, építészeti értékeivel is kiemelkedik a bemutatott épületek sorából. Az alaprajz két, egymásba illesztett, elfordított tengelyű „U”, így az átriumszerű közösségi terek ék-formájúak. A kéthéjú üvegfal körbefogja a házat. A belső tér felöli homlokzat szellőztető szárnyai, a reflexiós bevonatú lamellás árnyékolók és a káprázás ellen védő belső oldali textil rolók igény szerint működtethetők. A külső, egyrétegű biztonsági üveg felületet vízszintes bordák tagolják. A födémek alatti mező lamellás kialakítású. Az íves, üreges bordák alsó felülete részben perforált, ami résszellőzőként működve, zárt lamellák esetén is biztosítja a köztes tér átszellőztetését.  Hamburg, VTG irodaház: a homlokzaton a folyosós elrendezés ismerhető fel. A nagy zajterhelésű oldal kéthéjú homlokzata előtt vízmedence van, amely nyáron hűtő hatású, és megakadályozza a homlokzat megközelítését.  Berlini Potsdamer Platz, a „debis” - Daimler-Benz Inter-Services AG - 21 szintes irodaépülete folyosós rendszerű kéthéjú homlokzattal épült. A szinteket a kezelőjárda rácsára fektetett, 10 mm vastag biztonsági üveglemez választja el egymástól. A 60 cm mély köztes tér belső oldalán hőszigetelő üvegezésű, bukó ablakos, keretes homlokzati elemek vannak, mobil árnyékolóval. A külső, 16 mm-es biztonsági üveg héj részben lamellákból áll, melyek 70 fokos szögig nyithatók. Átmeneti időben az irodaterek közvetlenül szellőztethetők. A hatékonyság +10  +20 Cº közötti külső hőmérsékleteknél a legjobb, ilyenkor a lamellák egyénileg is működtethetők, de 7 m/sec fölötti szélsebességnél automatikusan bezáródnak. A nyomáskiegyenlítés és a köztes tér átszellőzése - a lamellák felfekvő felületei közötti rések jóvoltából - ilyenkor is kielégítő. Nyári hőségben és fagypont alatt ugyan szükség van a belső terek gépi szellőztetésére, de - a magasság függvényében – az éves munkaidő 60-85 %-ában elegendő az ablakszellőzés. Télen a lamellák zárva vannak, a köztes térben a napsugárzástól Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

felmelegedő levegő a terek hőveszteségét csökkenti. Mindez jelentős energiamegtakarítást eredményez ideális komfortfeltételek egyidejű biztosítása mellett.

Folyosós homlokzat, Berlin, „debis” b.4) Szakaszolt folyosós homlokzatok. A kéthéjú, folyosós homlokzatok hátránya, hogy a köztes térben keveredhet a friss és elhasznált levegő, áthallás van a szomszédos terek között, a füst- és tűzterjedés is gondot okoz. E hátrányos tulajdonságok kiküszöbölését szolgálja a folyosó szakaszolása, és a légáram átlós vezetése. Ezeken a homlokzatokon, a födémek vonalában, csapadék ellen védett réselés van, melyen a levegő be- és elvezetése egymáshoz képest eltoltan történik. A légáram így diagonálisan halad át a köztes téren, jelentősen csökkentve a friss és elhasznált levegő keveredését.  Münster, az LVM új 20 emeletes irodaháza az átlósan vezetett légáramú, szakaszolt folyosós kéthéjú homlokzatra mutat példát. A belső homlokzat hőszigetelő üvegezésű, alumínium keretes fix és nyíló mezőkből álló, előregyártott keretes elemeit beüvegezve, árnyékolóval együtt emelték be. A külső héjat konzolokra függesztett alumínium lizénákra szerelt, pontmegfogású, 12 mm vastag edzett biztonsági üvegek alkotják. A köztes teret 6 mm-es üveg közfalak osztják szakaszokra. A külső héjon, a födém vonalában kialakított szellőzőrés a be- és kiáramló levegőt szétválasztja, a visszaáramlást így ~15 %-ra redukálja.  Az esseni RWE AG irodaházának homlokzata technikai tökéletességét tekintve kiemelkedő. Az 50 cm mély köztes teret minden második tengelyben üveglamellák osztják meg.  Berlin, Potsdamer Platz, a Park Kollonnad épületének homlokzata szintén szakaszolt folyosós rendszerű. A kéthéjú homlokzatok alaptípusainak kombinációival számos változat hozható létre. 3. Szerkezeti részek A kéthéjú homlokzatokat többnyire az elemes építésmód jellemzi. Az elemek hőmozgásait a labirint elven kialakított, légzáró és vízhatlan elemcsatlakozások veszik fel. A belső homlokzat építészetileg kevésbé jelentős, mint a külső. A külső homlokzatnál rögzítő-léces, SG-szerű és pontmegfogású üvegbeépítési módokat egyaránt alkalmaznak. A formálás célja minden esetben a lehető legkarcsúbb szerkesztés. A transzparencia fokozása érdekében külső héjként gyakran „fehér üveget” építenek be, melynél a kvarchomok vasoxid-hányada minimális, és így elmarad a zöldes árnyalat. Biztonsági okokból hőkezeléssel, vagy vegyi úton edzett, esetleg ragasztott biztonsági üvegekre van szükség. Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A fejlesztések fontos célkitűzése a nagyfokú előregyártás és a rövid idejű szerelés. Az építés helyszínére készre gyártott, beüvegezett elemeket szállítanak ki, ezeket speciális daru emeli be, és a födémről szerelik őket. A munkát úgy szervezik, hogy az elemeket ne kelljen az épületen tárolni. A szerelésnek ki kell egyenlítenie a tartószerkezet és a homlokzat közötti tűrési eltéréseket. Ezek háromdimenziósak, megjelennek a tengelyméretek, szögek eltéréseiben, s a felületek síktartásának hiányosságaiban. A homlokzatra ható terheket, erőket statikailag méretezett elemek közvetítik a teherhordó szerkezetre. A kéthéjú homlokzat elemei nehezek, ami kapcsolatoknál nagy nyomatékokat jelent. A széltehernek az épület magasságával fokozódó jelentősége van. Az erőátadás követelményének a sok részből összeépülő fal minden eleme, kapcsolata meg kell feleljen. A rögzítés három fő részből áll: - a fogadó elem, - a konzol és - a svertek. A szerelés elve és elemei jól nyomon követhetők a münsteri LVM irodaházról közölt csomóponti részleten. Minden rögzítő elemet a homlokzatépítő szállít, de a fogadó szerelvényeket a szerkezetépítők helyezik el az előbbiek tervei alapján.

Födémcsomópont: 1) födém; 2) konzol; 3) svert; 4) borda 4. Kéthéjú homlokzatok tervezése A tervezés folyamatában az alábbi csomóponti helyek jelölhetők meg:  A tervezés kezdeti szakaszában tisztázni kell, hogy szóba jöhet-e a közvetlen ablakszellőzés, és ez alapján kell megválasztani a kéthéjú homlokzat típusát.  A nyílások méreteit, és a levegőáramoknak a belső terekben történő vezetését méretezés alapján kell megtervezni. Figyelembe kell venni, hogy Közép-Európában nyáron a szélcsendes időjárás miatt szükség lehet az áramlás gépi megsegítésére is. Télen – ellentétben a nyári viszonyokkal – a hangvédelmi szempontból is jobb, kisméretű nyílások kedvezőek.  Mindebből következik a nyílások mérete változtathatóságának, elzárhatóságának követelménye, s ezzel összekapcsoltan, az érzékelők által szolgáltatott adatok alapján működő vezérlés igénye. A rendszer a normál és extrém viszonyok esetén is működőképes kell legyen, de meghatározott klimatikus körülmények között az egyéni szabályozás lehetőségét is meg kell adja.  A homlokzat épületfizikai és szellőzés-technikai tulajdonságait a tér kondicionálásával össze kell hangolni, s az épületgépészeti berendezések teljesítményét ez alapján kell Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


   

BMEEOMEMAT3

.

megállapítani. A nagyszámú paraméter sok-variációs lehetősége miatt mindez csak computer-szimulációs módszerekkel végezhető el. A kéthéjú homlokzat új technikát jelent, ezért a tervezési folyamatban is felmerülnek új, korábban nem alkalmazott elemek. A koncepció alakításába a tervezés kezdeteitől be kell vonni valamennyi szakág képviselőjét, az építtetőt és az épület használóit is. A tervezés fontos lépése a homlokzati mintaelem elkészítése. Ez jelenti az építés valamennyi résztvevője számára az utolsó ellenőrzési lehetőséget a megvalósítás előtt. A homlokzat elkészülte után kerül sor annak beszabályozására, aktív elemei működésének egybehangolására, a vezérlés üzembe helyezésére.

5. Kéthéjú homlokzatok értékelése A kéthéjú homlokzatok drága szerkezetek, az általuk elérhető energia-megtakarítás azonban a többletköltségeknek csak kis hányadát fedezi. A kéthéjú homlokzatokkal elérhető fűtési energia-megtakarítás - korszerű, jól hőszigetelt épületekhez viszonyítva - legfeljebb csak 20 %-ra tehető. Kapcsolt-ablakos változatoknál a mesterséges világítás igényének növekedése várható, de teljesen üvegezett homlokzatoknál a plusz üvegréteg negatív hatását a nagy felületek ellensúlyozzák. A külső héj javítja a homlokzat léghang-gátlását. Felülete 10 %-os megnyitásakor a javítás mértéke 3-6 dB, 5 % esetén 10 dB lenne, de ekkor már a szellőzés nem kielégítő mértékű. Jelentős megtakarítással akkor lehet számolni, ha elhagyható az épület klimatizálása. Ennek eszköze az ablakszellőzés, a komoly gazdasági előnyök hordozója tehát éppen ez a tulajdonság. Nagy (70-75 dB) külső zajterhelés esetén, szembeállítva a követelményt kielégítő hangvédő üvegezésű üvegfal + klimatizálás költségeit a kéthéjú homlokzat + kisegítő szellőzés kombinációjával, már ez utóbbi lesz a gazdaságosabb. Az egyes változatokat összehasonlítva:  a légelvezető homlokzatok túlhaladottnak tekinthetők;  az átmenő légteres homlokzatok akkor jönnek szóba, ha a mesterséges szellőztetésről más okokból, egyébként sem lehet lemondani;  a kapcsolt-ablakok a szomszédos terek közötti elválasztás fokozott igénye, illetve ablakos homlokzatok felújítása esetén jönnek szóba;  az aknás-ablakos homlokzatok nagy zajterhelésű, alacsonyabb épületek szerkezetei;  a folyosós homlokzatok szellőzési szempontból igen hatékonyak, a szomszédos terek közötti hangvédelem azonban korlátozott. A folyosók szakaszolása ezt a hátrányt kiküszöböli. Az épület esztétikai megjelenését az üvegek tisztasága döntő módon befolyásolja. A légrés felé forduló üvegfelületekhez való hozzáférésnek – tisztítás céljából - nagy jelentősége van. Az alkalmazás kérdését mérlegelve, a szellőzés, fűtés, hűtés, mesterséges megvilágítás összefüggő szempontjain túl, a financiálisan közvetlenül nem értékelhetőket is figyelembe kell venni, mint a munkahely minősége, és a környezetvédelem. Irodalom: 1. Széll Mária: Transzparens épületszerkezetek, egyetemi tankönyv, Kiadó: Szerényi és Gazsó Bt. Pécs, 2001. ISBN 963 00 7645 4 2. Oesterle, Lieb, Lutz, Heusler: Doppelschalige Fassaden (Callwey GmbH & Co. München, 1999, ISBN 3-7667-1376-0) 3. W. Heusler, Gundelfingen, A. Compagno: Mehrschalige Fassaden (DBZ, 1998. 6) 4. K. Daniels: Doppelfassade – ein Muss für Hochhäuser? (Detail, 1997.3) Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

11. Télikertek, átriumok, üveggel fedett városi terek

Dr. Széll Mária 5. előadása Az előadás ppt anyaga a tanszék honlapján olvasható. Tartalom: 1. Télikertek 1.1. Télikertek típusai 1.2. Hő- és páraviszonyok, az üvegezett tér szellőztetése 1.3. Üvegezett terek energetikai hatása 1.4. Télikertek tervezési elvei 1.5. Szerkezeti példák 2. Átriumok, üveggel fedett városi terek 2.1. Példák 2.2. Az átrium energetikai hatása 1. Télikertek A délszaki növények átteleltetése növényházakban a 16. századra nyúlik vissza. Divatját az 1970-es évek energiaválsága, valamint az emberek természet utáni vágyódása élesztette újra. Az üvegezett terek lehetőséget nyújtanak arra, hogy a nap energiája pusztán építészeti eszközökkel hasznosítható legyen. Fajtái az egzotikus növények bemutatását szolgáló pálmaházaktól, a lakóépületek télikertjein át, az üveggel fedett városi terekig terjedően nagy változatosságot mutatnak. Alkalmazhatóságuk a helyi viszonyok – mikroklíma, tájolás, beépítettség – függvénye. A télikertek épületfizikai és szerkezeti szempontból „kényes” terek, használhatóságukat, energetikai hatékonyságukat a tervezés színvonala, valamint az üzemeltetés szakszerűsége alapvetően befolyásolja. 1.1 Télikertek típusai A lakóházak üvegezett terei, tömeges voltukra tekintettel, kitüntetett figyelmet érdemelnek. Az építtető szándékai sokfélék lehetnek: térbővítés, az élet-és lakásminőség színvonalának emelése, a térklíma javítása, energia-takarékosság, a homlokzat időjárás elleni védelme, zajvédelem, stb. Az eltérő épületfizikai viszonyok alapján az üvegezett terek alábbi típusai különíthetők el:  puffer tér (nem fűtött, nem lakott, kevés növénnyel);  télikert (nem fűtött, időnként lakótérként használt, részlegesen növényekkel telepített);  lakótér típusú (fűtött, egész évben használt, növényekkel telepített);  növényház (fűtött, nem feltétlenül lakott, növényekkel sűrűn betelepített tér).

A Budapesti Állat- és Növénykert pálmaháza Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

1.2 Hő- és páraviszonyok, az üvegezett tér szellőztetése Az üvegezett tér használhatóságát a tájolás döntően befolyásolja. Derült téli napokon, a fűtetlen, hőszigetelő üvegezésű térben, a külső térhez viszonyítva a déli oldalon 10-15 Cº-os, az északin 5 Cº-os hőmérséklet-emelkedéssel lehet számolni. Télen a fűtetlen tér általában puffer-zónaként működik, hőmérséklete (tk+8) Cº és +15 Cº közötti. Lakótérhez hasonló módon csak akkor használható, ha hőmérséklete a +18 Cº-ot meghaladja. Fűtetlen, déli tájolású, hőszigetelő üvegezésű térben november és március között átlagosan napi öt órában télikert-szerű használatot is megengedő légállapot-viszonyok alakulnak ki. Északi oldalon, télen erre gyakorlatilag nem lehet számítani, az átmeneti időben - tavasszal, ősszel - azonban már igen. Nyáron a tájolás - a magas nappálya miatt – veszít jelentőségéből, az északi és déli oldal kevésbé különbözik egymástól. Az üvegezett tér légállapotát a szellőzés és az árnyékolás alakítja. Megfelelő védekezés hiányában a nyári felmelegedés az üvegezett terekben szélsőséges állapotokat teremthet.

Déli tájolású télikert nyári hőmérsékleti viszonyai: 1) 2,5-szeres óránkénti légcserével, árnyékolás nélkül; 2) 50-szeres légcserével, árnyékolás nélkül; 3) 50-szeres óránkénti légcserével és belső oldali árnyékolóval; A télikertnek a vele határos tér felmelegedését mérséklő hatása is van. A tömör határoló fal előtti üvegezett térnek a belső tér hőmérsékletére gyakorolt hatása kisebb, mint az üvegezett fal elé építetté. A páraviszonyokra ható tényezők – jelentőségük sorrendjében – a következők: páratermelődés, tájolás, az üveg és a keret minősége. Télen, fűtetlen üvegezett terekben is jelentkezik időnként párakicsapódás. Vizsgálatok tanúsága szerint, hideg januári napokon ez déli oldalon éjjel 1 és reggel 7 óra között következik be, nappal az üvegezett tér tehát télikertként használható. Az északi oldalon a páralecsapódás este 6 és déli 12 óra között várható, a száraz periódus rövid, a tér csak az átmeneti és nyári hónapokban problémamentes. A térben a komfortérzetet a lég- és a felületi hőmérséklet alapvetően meghatározza, eltérésüket a páralecsapódás megelőzése érdekében is korlátozni kell. Az üvegezett tér páraterhelése - elsősorban a növényzet miatt - igen jelentős lehet. Kísérletek mutatják, hogy 1000g/h nedvességfejlődés esetén: egyrétegű üvegen az év ~60 %-ában, hőszigetelő üvegen a Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

tájolás függvényében az év 41 - 43 %-ában, hővédő üvegen az év 15 - 19 %-ában kell páralecsapódással számolni. Az, hogy ez okoz-e szerkezeti károsodást, a választott szerkezetek minőségétől és beépítésétől függ. Az általános következtetések az alábbiakkal foglalhatók össze:  nyáron elviselhető hőmérséklet csak intenzív szellőztetéssel és árnyékolással biztosítható;  alacsony légcserénél jobban megmutatkozik a tájolás szerepe;  nagy légcserénél az üvegminőségek közötti különbségek alig jelennek meg;  a legmagasabb hőmérsékletek a hővédő üvegek mögött alakulnak ki;  az árnyékolás hatása ugyancsak a hővédő üvegeknél a legjelentősebb,  a téli hővédelemre tekintettel mégis hővédő üveg beépítése javasolt, mert ezzel az üvegezett tér évente két hónappal hosszabb ideig használható télikertként. A szellőztetés a nyári túlmelegedés elleni védelem mellett a téli kondenzációs veszély mérséklését is szolgálja. A külső és belső levegő közötti hőmérsékletkülönbség nyomáskülönbséget eredményez. A térben a meleg levegő fölfelé áramlik, az üvegezett tér magas pontján, légelvezető nyílásokon át eltávozik, s a térbe, a lábazat magasságában kialakított légbevezető nyílásokon friss levegő áramlik be. Ha a hőmérsékletdifferencia 4 Cº és a magasságkülönbség 2-2,5 m, a levegőtranszport már jól működik. Növekvő hőmérséklettel a légáram sebessége is nő, nyári melegben ez kedvező hőérzetet nyújt. A fölső nyílás célszerűen nagyobb, mint az alsó, így a térben nyomáshiány keletkezik, ami a szellőzés hatékonyságát növeli. Megfelelő nagyságú nyílások esetén az üvegezett tér természetes módon szellőztethető, nincs szükség gépi rásegítésre.

Légbevezető és elvezető nyílások keresztmetszete 1.3 Üvegezett terek energetikai hatása Fűtetlen üvegezett terek az épület fűtési energia-szükségletét az üvegminőség függvényében csökkentik, a csökkentő hatás az eltérő tájolású szerkezeteken lényegében egyformán érvényesül. Fűtött tereknél előírt legalább hőszigetelő üveg alkalmazása, itt azonban már csak bizonyos feltételek esetén jelentkezik energia-megtakarítás. Az üvegezett terek energetikai hatékonyságát a használat módja is befolyásolja. A túlbútorozás kerülendő, mert a tömör padló- és falfelületek hőtárolása így nem érvényesül. A télikertbe telepített növények mennyisége kihatással van a légállapot-viszonyokra. Így például a növénnyel mértéktartóan telepített lakótérben a párásodás veszélye a déli oldalon csekély, a keleti és nyugati oldalon azonban már jelentős.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Az eltérő intenzitású növénytelepítések esetén javasolt változatok épületfizikai értékelése az alábbi táblázatokon látható: Növényzet nélkül: Fűtés Nincs

Időszakosan Állandóan

Tájolás Típus E-megtakarítás Páraprobléma Típus E-megtakarítás Páraprobléma Típus E-megtakarítás Páraprobléma

Dél Puffer tér Van Nincs Télikert Van Nincs Lakótér Nincs Nincs

Kelet/nyugat Puffer tér Van Nincs Télikert Van Nincs Lakótér Nincs Nincs

Észak Puffer tér Van Nincs Puffer tér Van Nincs -

Növényzettel mértéktartóan telepítve: Fűtés Nincs

Időszakosan Állandóan

Tájolás Típus E-megtakarítás Páraprobléma Típus E-megtakarítás Páraprobléma Típus E-megtakarítás Páraprobléma

Dél Növényház Van Mérsékelt Télikert Van Mérsékelt Lakótér Nincs Mérsékelt

Kelet/nyugat Puffer tér Van Mérsékelt Télikert Feltételesen Mérsékelt Lakótér Nincs Jelentős

Észak Puffer tér Van Nagy -

Megjegyzés: a – jel azt mutatja, hogy az adott helyzetben üvegezett tér építése nem javasolt. Összegezve megállapítható, hogy  energia-szempontból az üvegezett puffer tér még az északi homlokzaton is hasznot hoz;  a télikertet lehetőleg délre kell tájolni, de keleti vagy nyugati tájolás is elfogadható;  az egész évben használt, fűtött terekben meg kell elégedni a lakóérték növekedésével.  a használat időtartamának és a növények mennyiségének megnövelése kizárja az energetikailag hatékony, páratechnikailag problémamentes üvegezett tér kialakítását.

Az épület fűtési E-szükséglete: 1) télikert nélkül; 2) fűtetlen télikert egyszeres; 3) hőszigetelő; 4) hővédő üvegezéssel. Az energiafelhasználás függ az üvegezett tér átlagos hőmérsékletétől, a közvetlen napsugárzás intenzitásától, az üvegtér és belső tér közötti - használók által befolyásolt - légcserétől. Az üvegezett tér – üvegház-hatásnak köszönhető - külsőhöz viszonyított magasabb hőmérséklete azt eredményezi, hogy a vele szomszédos terek határoló felületén a transzmissziós és szellőzési hőveszteség kisebb lesz. Ezt nevezik puffer-hatásnak. A fűtési Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

energiafelhasználásban döntő jelentőségű, hogy milyen nagy az a homlokzati felület, melyet az üvegezett tér „lefed”, és milyen a belső oldali térelválasztó fal üvegezési aránya. Hőszigetelő üvegezésű, fűtetlen üvegezett terek - azonos elrendezésű, üvegezett tér nélküli épülethez viszonyított - fűtési energia-megtakarítását vizsgáló kísérletek eredményeiről tájékoztat a táblázat: Elrendezés Üvegezett tér a teljes homlokzat előtt A fél homlokzat üvegfala előtt A fél homlokzat kis-ablakos tömör fala előtt

Dél -14.6 %

Észak -17,0 %

-5,6 %

-10,8 %

-7,5 %

-4,9 %

Az elmondottakból az alábbi következtetések adódnak:  a nagyobb „homlokzati takarás” nagyobb energia-megtakarítást eredményez;  déli oldalon a kis ablakos tömör térelválasztó fal elé épített üvegezett tér hatékonyabb, mint az üvegfal elé épített; intenzív sugárzásnál a déli, nagy üveghányadú külső fal elé épített üvegezett tér a mögöttes tér fűtési energia-igényét növeli, hiszen általa a tér közvetlen sugárzási nyeresége csökken;  északi oldalon azonban az üvegfal elé épített üvegezett tér hoz nagyobb megtakarítást; ennek a ténynek felújítások esetén van jelentősége, hiszen új épületek esetében, északi oldalon a kis üvegezési arány javasolt;  az üvegezett terek fűtése az épület összes fűtési energia-felhasználásának növekedését vonja maguk után. A különböző energia-takarékossági intézkedések (speciális hővédő üvegek, hőszigetelő kiegészítő szerkezetek, árnyékolók beépítése) összehasonlítása arra a következtetésre vezet, hogy jóllehet az üvegezett terekkel érhető el a legnagyobb megtakarítás, magas beruházási költségeik miatt ezek mégis nehezen amortizálódnak. Alkalmazásukkor a műszaki-gazdasági mutatók mellett a használati érték és az esztétikai minőség növelése lehet a döntő érv.

10

Télikertek szellőzése: 1) kereszt, 2) tető-, 3) átlós, 4) ablakszellőzés


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Télikert hőhídmentes Al. szerkezettel, csomópontok 1.4 Télikertek tervezési elvei Az üvegezett tereket hő- és páratechnikai, valamint energetikai szempontból gondosan kell megtervezni. A tervezés kezdetén tisztázni kell, hogy milyen célt fog betölteni az üvegezett tér: puffer tér; télikert; lakótér vagy növényház lesz-e. Az energia-szempontból hatékony puffer tér és télikert tervezésekor figyelembe kell venni, hogy  a tér mélységét 3-6 m-re célszerű korlátozni, s a homlokzat legalább 25 %-os „takarását” kell elérni;  a puffer tér üvegezése lehet egyrétegű, a télikerteknél azonban legalább k=3 W/m2K hőátbocsátási tényezőjű üveget kell beépíteni, a fej fölötti üvegezéseknél a biztonsági előírások betartásával;  a keretszerkezet megválasztásakor a statikai méretezésből kiindulva a páralecsapódás, a korrózióállóság, a tömítések beépíthetősége szempontjait kell figyelembe venni;  a hőtároló képességet a padló fölső rétegei, és a belső tér felöli falak, a hőveszteség csökkentését a padló hőszigetelése biztosítják;  a magas léghőmérséklet elkerülésére gondoskodni kell az üvegezett tér intenzív szellőztetéséről a friss levegő bevezetése a tér mély-, a felmelegedett levegő elvezetése a tér magas-pontján történik. Tervezéskor az alábbi arányok javasolhatók: 100 m3 légtérhez ~1 m2 szabad légbevezető nyílásfelület, s ennek ~5,5-szeresében meghatározott légelvezető nyílás.  a napvédelem mellett az éjszakai sugárzásos hőveszteség mérsékléséről is gondoskodni kell; az árnyékoló nem csak a rövid hullámok, hanem a hosszú hullámok tartományában is erősen reflektáló (pl. alumínium bevonatú) kell legyen;  az energiatakarékos használat az üvegezett és a belső tér zárható elválasztását teszi szükségessé; a tömör falak hatékonyabbak, ezek hiányában kettős hőszigetelő üvegezés alkalmazása ajánlott. Az üvegezett terek üvegfal- üvegtető profilrendszerekkel építhetők meg. Az alumínium és acél szerkezetgyártók, valamint a kPVC ablakprofil-gyárak számos szerkezetet kínálnak, de alu-fa kombinált vázak is fellelhetők a piacon. A szerkezet teherbírását, stabilitását és alaktartását statikai számításokkal ellenőrzik, és számítások alapján választják meg az üvegvastagságot is. A méretezés szempontjából a lehajlás korlátozásának van kitüntetett szerepe.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

A tetőfelület lejtése – a biztonságos csapadék levezetés érdekében - minimum 10 fokos, kisebb térmélységeknél célszerű kerülni a rétegvonal-irányú bordákat. A tetőfelület üvegezésére a fej fölötti üvegezések előírásai érvényesek: az egyrétegű üvegezés és a hőszigetelő üvegezés téroldali táblája ragasztott biztonsági üveg. Családi házaknál előszeretettel alkalmaznak PMMA (akril-üveg) és PC (polikarbonát) bordás lemezeket. A hőszigetelő üvegeket e célra kifejlesztett profilokból készített vázszerkezetbe építik be, mindig a külső oldalról, mert a nagy súlyú és érzékeny táblákkal fej fölött dolgozni nehéz lenne. Az üvegezést tömítő profilokkal építik be úgy, hogy a tömítés síkja alatt egy tömítetlen horony alakuljon ki. Ez a páranyomás-kiegyenlítést és a vízhatlanságot szolgálja. A tető- és falbordák hornyai összefüggő rendszert alkotva teljesítik a drainage-funkciót. Az üvegezett terek határoló szerkezeteinek kritikus csomópontja a felület irányváltása. Kis kiülésű tetőknél nem kell függőeresz csatornát készíteni, nagy felületeknél ez elengedhetetlen. Az üvegezett tér felszerelhető hőmérsékletfüggő-, szél- és eső-érzékelő nyitásszabályozókkal. A szellőztető friss levegő vízmedence felületén történő átszívása már a szolár-építészet eszköztárába tartozik. 1.5 Szerkezeti példák Lakóházak télikertjei, alumínium, Alu-fa kombinált szerkezettel és kPVC kerettel kivitelezhetők. Igényes terek esetén a hőhídmentes alumíniumkeretes típusok javasolhatók.  Freiburg: Sauergarten sorházainak és  Stuttgart: IGA ’93 társasházainak télikertjei használati és energetikai szempontból egyaránt előnyösnek bizonyultak.  Nagyméretű középület esetén is szóba jöhet télikert létesítése, mint arra a példa a Commerzbank Frankfurt am Mainbanban épült székháza. 2. Átriumok, üveggel fedett városi terek Az átrium mai formájában már csak annyi rokonságot mutat az ókori római lakóház nyitott udvarával, hogy megteremti a köré csoportosított terek természetes szellőzésének és megvilágításának lehetőségét, s alkalmazásával nagyobb épületmélység építhető. A mai átrium üvegtetővel fedett, s kihasználja az üvegházhatást. Hőmérséklete a téli hónapokban a külső levegőénél magasabb, ily módon a vele határos szerkezetek hővesztesége a külső helyzetűekénél kisebb. Az átrium hőmérséklete általában télen sem süllyed + 5 °C alá, sőt gyakran eléri a + 15 °C-ot. A nyári túlmelegedés megelőzése érdekében az üvegtetőt árnyékolóval és szellőző felületekkel látják el. Az átrium úgy működik, mint egy nagy kürtő, amelyben a meleg levegő felszáll, a fölső nyílásokon eltávozik, a keletkező nyomáshiány kiszívja a levegőt a határos terekből, s nyomában, a padlósík közelében friss levegő hatol be az épületbe. 2.1 Példák Az üveggel fedett átrium szerepe akkor jelentős, ha az épület energetikai rendszerének aktív elemévé válik. Az alábbi példák azt kívánják bemutatni, hogyan fejlődik az átrium az új építészet épületfizikailag hatékony, formailag érdekes, pszichológiailag jelentős eszközévé.  Berlin, Galeries Lafayette: az átrium ebben az esetben pusztán térszervező funkcióval bír.  Dublin: „Zöld-ház”: a sűrű beépítésű, történelmi óvárosban, 1994-ben épült fel a többlakásos ház, mely környezetéhez a hagyományos építési móddal igazodik, reciklálható építőanyagok és újratermelődő energiaforrások felhasználásával mégis megfelel a mai követelményeknek. A mikroklíma lényeges eleme az ~50 %-ában Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz












BMEEOMEMAT3

.

nyitható üvegtetővel fedett átrium. A jó hőszigetelés (k=0,25-0,29 W/m2K), az átrium és az épületen alkalmazott aktív szoláris rendszerek együttes hatásának köszönhetően, az épület energiafelhasználása a hagyományos lakóépületekénél ~80 %-kal kevesebb. Télen az átrium üvegtetője zárt. A hőcserélőben előmelegített levegőt, a térbe befüggesztett textilcsövön keresztül, a földszint padló magasságában vezetik be. Nyáron a tető nyitott. A pince növényágyásain átszívott, s így előnedvesített friss levegőt a mélyponton vezetik be az átriumba. Duisburg: Mikroelektronika Park, irodaház: az íves lefedésű tömb három, ék alakú, többszintes irodaházat fogad be, melyeket két nagy átrium kapcsol össze. A terv központi gondolata az volt, hogy valamennyi munkahely természetes megvilágítással és szellőzéssel rendelkezzék. Ezt, valamint a tereket határoló felületek hőveszteségének minimalizálását szolgálják az átriumok, melyek méretüket tekintve inkább üveggel fedett többszint magas városi tereknek tekinthetők. Az üvegcsarnokokat nyáron árnyékoló és a nyitható felületeken történő átszellőzés védi a túlmelegedéstől. Az irodák homlokzata a világítás érdekében teljesen üvegezett, a déli oldalon transzparens hőszigetelő panelekkel kiegészülve. A számítások szerint a hőmérséklet a csarnok legmagasabb pontján, télen sem süllyed 0 °C alá. Az épület energetikai rendszere magába foglalja a geotermikus energiát hasznosító hőszivattyút, a hő tartalékolására szolgáló víztározót, az éjszakai hűvös levegővel lehűtött betonfödémek hőtároló tömegét, a fényterelő elemeket a természetes megvilágítás javítására, és a fűthető szellőző kürtőket a szellőzés hatékonyságának fokozására. Berlin, börzeközpont, Ludwig Erhard Ház: Az irodaház a duisburgihoz hasonló szellemiséget képvisel, bálnahát formájú, függesztett szerkezetű, hosszú épülettestébe két üvegcsarnok ékelődik be. Az esztétikai élménynek is nagyszerű átriumok puffer-térként funkcionálnak az irodák és a külső tér között. A kialakuló kürtőhatás biztosítja az irodák és az átrium természetes szellőzését. Az átrium közvetíti a nappali fényt a belső terekbe, s ezzel csökkenti a mesterséges világítás és közvetve a hűtés igényét, valamint a benne uralkodó átmeneti klímának köszönhetően az irodák fűtési energiafelhasználását is. Az épület energiaszükségletét a számítások ~120 [kWh/m2 év]-ben adják meg, ami igen kedvező értéknek minősíthető. Hamburg, Hanza-negyed. Az üzletek, irodák, hotel alkotta épületegyüttes gerincét az üvegtetővel fedett utca, a passzázs jelenti. A vázszerkezet hőhídmentes alumínium profiljai huzalháló betétes, hőszigetelő üvegezést fogadnak. A dongák és kupolák felületébe nyitható mezőket iktattak, ezek gondoskodnak a terek természetes szellőzéséről, s a nyári túlmelegedés megelőzéséről. Télen az üvegház-hatás temperálja a teret, s ehhez hozzájárul a passzázsra nyíló üzletek hővesztesége is. Egyedül a nagy kupolában kialakított étteremben működik kiegészítésként padlófűtés. Párizs, Forum des Halles közlekedési és kereskedelmi csomópont, legalsó szintjén a gyorsvasút pályaudvarával. A lépcsőkkel összekötött háromszintes tér, a „kráter” képezi centrumot. Az árkád-szerűen megformált térhatároló üvegfalak acél vázszerkezetét fehér, zománcozott lemezburkolat takarja. A további példák az átriumok építészeti hatásáról tájékoztatnak: Berlin, Potsdamer Platz, iroda és lakóépület; München, Riem lakónegyed társasház; Berlin, külügyminisztérium; München, Fr. J. Strauss repülőtér, Kempinsky hotel átriuma.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Hamburg, Hanza-negyed, üveggel fedett sétáló utca 9.2 Az átrium energetikai hatása Londontól nyugatra, a Heathrow repülőtér közelében az 1970-es években létrehozott irodanegyedben egy papírgyártó cég öt év különbséggel két - nagyságra és használatra nézve hasonló - irodaházat építtetett. A Gateway I. irodaház déli és keleti irányban lépcsőző, 20.000 m2-es, négyszintes teraszház. Az 1977-ben épült ház klimatizált, valamennyi szerkezete - az adott ismeretszinten energiatakarékosságra törekvő. Az épületgépészet 1,60 m-es födémvastagságot és jelentős alapterületet foglalt el, a teraszos épületforma, a fokozott hőszigetelés ellenére is fűtési energiatöbbletet igényelt, a napvédő üvegek pedig a mesterséges világítás időtartamát, s ezzel a hűtőenergia-szükségletet növelték. A Gateway II. irodaház 75x65 m alapterületű, 45x22,5 m-es átriumot magába foglaló, 15.000 m2-es tömör blokkja 1982-ben épült, és jól mutatja az energiatudatos építésben öt év alatt bekövetkezett fejlődést, sőt szemléletváltást. Az épület nem klimatizált, a befelé forduló irodák természetes szellőztetését és megvilágítását az átrium biztosítja, mely így nem csupán a téralkotásnak, hanem a klímakoncepciónak is lényegi eleme. Az épület szellőzését számítógépes szimulációval tervezték. Másként nem lett volna megállapítható, hogy a felső szinteken nagyobb kell legyen az irodák átriumra nyíló ablaka, mint lent, hogy a tető Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

szellőzőfelületét hat, egymástól függetlenül működtethető mezőre célszerű osztani, s egyáltalán mekkorák legyenek e felületek. Az átrium-szellőzés előnye a közvetlen külső természetes szellőzéssel szemben az ellenőrizhető volumenben, a széltől való függetlenségben és a téli szellőzési hőveszteség redukálásában egyaránt megnyilvánul. Az optimális energiafelhasználás érdekében, a világítási, fűtési, szellőzés-technikai, stb. berendezéseket számítógépes épületirányítási rendszer felügyeli és vezérli. A két épület bekerülési és üzemeltetési költségeit összehasonlító tanulmány megállapítja, hogy a klímáról lemondva mindkettő alacsonyabb a Gateway II. épületénél. A második irodaház energiaszükséglete <180 [kWh/m2év], ami akkor is kedvező, ha a berlini börzeközpontnál már 120 [kWh/m2év] értékről tájékoztattak. Az építési költségek aránya a Gateway I. és II. között 1:0,63, a II. épület javára. Mindez azt bizonyítja, hogy ésszerű intézkedésekkel az épület energiaszükséglete és építési költségei egyidejűleg csökkenthetők.

Gateway II. 1982. az átrium téli és nyári szellőzése A felsoroltakon túlmenően az átriumnak elismerten pozitív pszichológiai hatása is van az ott dolgozókra. Földszintjét az étterem, bár és biliárd szalon a hivatalos idő után is élettel tölti meg.

Irodalom: 1. Frick/Knöll/Neumann/Weinbrenner: Baukonstruktionslehre (B.G.Teubner, Stuttgart, 1992, ISBN 3-519-15250-9) 2. Dr. Seregi György: Fémszerkezetű üvegtetők, üvegfalak és télikertek (MÉASZ, ÉTK Budapest, 1998) 3. Széll Mária: Újjászülető átrium, üveggel fedett városi terek (Magyar Építőipar, 1998. 1-2.) 4. Zöld András: Energiatudatos építészet (Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1999, ISBN 963 16 3019 6) 5. Széll Mária: Transzparens épületszerkezetek, egyetemi tankönyv, kiadó: Szerényi és Gazsó Bt. Pécs, 2001.ISBN 963 00 7645 4


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

12. Esettanulmányok 1. Stocker György DLA 1. előadása

A mérnöki munka része az épület különböző építőelemeinek, többek között a homlokzatszerkezetek megtervezése és megvalósítása. Ebből a feladatból nekem építészmérnöknek jutott mindkettőből. A terezési munkáim egy részét speciális üveghomlokzatokkal, üvegpadlókkal kapcsolatos tervezések teszik ki. Itt most kifejezetten homlokzatszerkezetként tervezett és megépült példákon keresztül mutatnám be a hazai transzparens homlokzatépítés egy kis szeletét.

1/1. Ybl Palota 2001 Az első e témában jelentős, megvalósult munka a 2003-ban átépített Ybl-palota volt. A feladat itt egy belsőudvar szellős, könnyed lefedése volt, melyet egy aláfeszített acél tartószerkezetre szerkesztett pontmegfogásos üveghártyával képzeltünk el. Az üvegtáblák a teherbírás növelésére pontszerű aláfeszítésekkel készültek volna. Mint az azonban ma elég gyakori, a terv csak terv maradt, a megvalósítás egy az üvegtáblák jóval egyszerűbb, keretes megfogásának alkalmazásával valósult meg. 1/2. MVM Székház átalakítása, üvegfalú tárgyaló a legfelső szinten 2001-2002 Különleges feladatnak bizonyult az MVM Fő utcai székházának legfelső szintjén – a korábbi üzemi étkezde helyén kialakítandó tárgyaló üvegfedése. A Zakariás András – Schreiber József által megálmodott fedés kiviteli és gyártmányterveit készítette irodánk. Az acél főtartókon hártyaszerűen feszülő üveget sodronyzat, húzott erőjátékú szerkezet tartja. A strukturált üvegezés a külső üvegréteget nem átlyukasztva, pontmegfogással kapcsolódik a teherhordó szerkezethez, a pontmegfogók dárdákra szerelve készültek, melyeken átvezetett sodronyzat tartja ez üveghártyát. A külső üveg edzett, a belső ragasztott üvegből készült, a fugák szilikon kitöltésűek. Az erős napsugárzás ellen a belső térben szerelt könnyed árnyékoló szerkezet készült, mely ez esetben a nyolcadik emelet magasságában az építészeti látvány érdekében készült így. A kialakított falszerkezet technicista megjelenése és a tárgyaló, valamint az egész épület belső megjelenése véleményem szerint tökéletes összhangban van.

1/3. Millenniumi Városközpont Művészetek Palotája 2004-2005 Különleges tervezési feladatnak bizonyult a Millenniumi Városközpont Kulturális Tömb három létesítményét magába foglaló épülete. A Zoboki Gábor építész által tervezett épület egyik kihívása a 14-16 m magas előcsarnoki üvegfal szerkezeti, homlokzati tervezése. Az építészeti elképzelés egy a vasbeton pillérszerkezettel megépült födémrész előtt egy sűrű, mintegy 85 cm-es tengelytávolságba helyezett bordarendszert kellet kialakítása volt. A választott alumínium tokszerkezet vízszintes bordái, szelemenjei a mezőkben vízszintes tartóként működnek és a pillér előtt álló főbordára adják át terhüket. A pillérek előtt álló főbordákat 4 ponton kötöttük vissza a vasbeton szerkezethez. A homlokzat félstrukturális szerkezet. Vagyis a vízszintes fugák szilikonozott fugák, míg a függőleges főbordákra egyedi gyártású, nagy mélységű takaróprofil került. Az így kialakított szerkezet főborda mélysége mintegy 400 mm, ami a 800 mm-es bordatengely-távolság esetében különleges építészeti hatást eredményez. A homlokzat mögött álló ember az üvegfelület előtt állva csak korlátozott látószögben lát ki, de érintőlegesen nézve a homlokzatot különleges fényhatást tapasztalhat. A bejáratoknál ez előzőekkel ellentétben a függőleges főbordák mintegy 1,60 m-re egymástól 16,00 m magasak, hegesztett acélszerkezetből készültek. Az üvegezés strukturális kialakítású. Az épület déli homlozata tervezése összetett problémát hordozott. A homlokzat mögöttelhelyezkedő irodaterek, próbatermek öltözők egyaránt védendőek a Lágymányosi híd Magasépítési Tanszék, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

forgalmi zajától, illetőleg a déli naptól. A tervezés első stádiumában a homlokzat előtt megépítendő úgynevezett klímafalat terveztünk kialakítani, mely biztosította volna a felület védett térben elhelyezett árnyékolását valamint a zaj elleni védelmet. A költségek csökkentése érdekében azonban a klímafal csak kis részében maradt meg, a Nemzeti Filharmónia felső szinti próbatermei előtt. A homlokzaton a kotta szerű nyílásokban három rétegű, korszerű nyílászárók épültek be, mely ablakok külső üvegrétege mőgé gépi mozgatású árnyékoló került. Transzparens megjelenésű homlokzatként több, speciális feladat tervezése és megvalósítása alakult az utóbbi években. 1/4. Castrumház 2006 A Soroksári út mentén épült a Castrum ház, melynek főbejáratát a keleti és nyugati homlokzaton az építésztervezők pontszerűen megfogott, transzparens, kétszintes homlokzattal tervezték meg. E fal gyártmányterveinek készítése kapcsán a teljes szerelést nyomon kísértük. A szerkezet különlegességes a feszített háttérszerkezet, melyre pontmegfogással rögzül a hőszigetelt kialakítású transzparens üveghéj. A feszítő szerkezet DORMA-RODAN rendszerű feszítőmű, mely a szélszívásból, szélnyomásból adódó terheléseket húzással veszi fel. Ehhez a szerkezet előfeszítésére volt szükség. 1/5 .Corvinus Egyetem 2007 A Corvinus Egyetem épületének Lázár Antal, Szerdahelyi László és Dr. Oláh M. Zoltán tervezte főhomlokzatán több funkciós, transzparens héj jelenik meg. A tervezés a szerkezet gyártmányterveinek készítésére terjedt ki. A homlokzat ki- és befelé dőlő ragasztott, edzett üvegtáblák megfogása pontszerűen valósult meg egy, a homlokzati falra merőlegesen szerkesztett acélszerkezet segítségével. 1/6. Infopark „D” épület 2007 A transzparens, de többfunkciós üvegfal hazai alkalmazásaként említem meg és mutatom be a Lágymányosi híd budai hídfője mellett az IVG beruházásaként megépített Infopark „D“ épületének három üvegszerkezetű lehatárolását. Funkciója hanggátló, esztétikai és homlokzatmagasság tekintetében meghatározó. A különlegessége a különböző fesztávra szerkesztett áthidaló acélszerkezetre függesztett, feszített szerkezettel megoldott homlokzati üvegfal, melynek üvegmegfogásai DORMA-LOOP elemekkel, az üvegtáblák sarkain és közepén helyezkednek el. A kiviteli és gyártmánytervezés keretében megvalósított épületelem különleges, egyedi megjelenést biztosít az épületnek, mely fal mögött belsőkertek alakultak ki. Az épület „U“ alakban betüremkedő homlokzatát a híd zajától az üvegfal védi.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

13. Esettanulmányok 2. Stocker György DLA 2. előadása

Az Esettanulmányok 2. előadásom keretében a homlokzati kialakítások folytatása mellett, de előtte néhány speciálisan szerkesztett járható üvegfödém tervezését, megvalósítását mutatnám be, ismertetve fontos, speciális aspektusokat. 2/1. OTP járható üvegfödém, Szombathely 2003 Speciális feladatként indult a banki ügyféltér alatt feltárt romok bemutatása. Az építkezés helyszínén talált római kori emlékek bemutatása fontos tervezési szempont volt. A 7,20 m x 3,60 m méretű megnyíló felületen járható üvegszerkezet látszott megoldásnak. A pinceszint temperált tere és a felső, fűtött ügyféltér közé szerkesztettünk egy járhatóságra méretezett, üveggerendákkal alátámasztott födémet. Speciálisan megoldandó ilyen esetben a csúszásgátlás, mely ugyanakkor nem szabad, hogy gátolja az átláthatóságot. Az üveggerendák többrétegű ragasztott szerkezetből készültek, és hasonlóan ragasztott üvegszerkezet alkotja a vízszintes padlót. 2/2. Erzsébettér, üvegfenekű medence 2004 A tervek egyre merészebb megoldásokat igényelnek. A korábban Nemzeti Színház helyszínéül választott terület hasznosításának tervezői egy olyan medencét terveztek a pinceszinti helyiségek felett, melynek az alja üvegszerkezetű. E kihívás különleges, mert a víznyomás terheinek és az épületfizikai követelmények együttes hatásait kellett figyelembe venni e szerkezet gyártmánytervezése során. 2/3. Pécs Cella Septichora, 2006-2007 Pécset, a prof. Bachman Zoltán által vezette tervezők merészet álmodtak. A feltárt romok felett igehártyát feszítettek ki, mely egyben egy a térszínen közlekedésre szolgáló felület is egyben. Sőt mi több, gépkocsival is át kellett tudni hajtani e felületen. A kiviteli tervezés során kapcsolódtam a feleadat megoldásába, mely úgy gondolom, hogy egy különleges hatású épület létrejöttét eredményezte. A szerkezet alap teherhordó szerkezete acélszerkezetből készült, és ezen négyzetekbe került a több rétegből ragasztott teherhordó üveggerenda, melyen hőszigetelt felépítésű, fej feletti üvegezés készült, külső oldalon járható kialakításban. Az előadást az előzőekben ismertetett vízszints üvegszerkezetű teherhordó kialakítású elemekből álló épületek után olyan homlokzatokkal folytatnám, ahol a függőleges teherhordó szerkezet készült üvegből. 2/4. AGC Irodaépület, Tatabánya 2006 A Megbízó – egyébként autóüvegeket gyártó cég – szeretett volna egy speciális, a tevékenységét is jelző üvegszerkezetet az épülő gyárának irodahomlokzatán. E tervezés során ezt az igényt az előzőekben bemutatott üveg, teherhordó funkcióval bíró szerkezetből valósítottuk meg. A függőleges bordák ragasztott üvegszerkezetből készültek, melyekre kívülről, strukturális formában rögzülnek a hőszigetelt szerkezeti elemek. 2/5. Pannonhalma, Látogatóközpont 2010 Különleges tervnek indult és az is lett. Előkép az előzőekben ismertetett tatabányai irodaépület volt, melyet az Építtető meg is tekintett.


2011. ősz


BMEEOMEMAT3

.

Ha valahol transzparens homlokzat szükséges, akkor ez ezen az épületen igen is kellett. Elvek ismertek, csak az építész tervezőkkel kellett elfogadtatni az épületszerkezetekhez való csatlakozásokat, mely úgy gondolom jól sikerült. 2/6. Millenniumi Városközpont K&H Irodaépület homlokzata 2010-2011 Visszaugorva a pesti oldalra, és időben is a mához érve, a Nemzeti Színház mögött a Soroksári út mellett jelenleg szerkezetkész állapotban áll már a Finta Stúdió (dr. Finta József, Szabó Tamás DLA) tervezte K&H Bank épület szerkezete. Az épület részbeni tulajdonosa és az építkezés lebonyolítója a Duna Kongresszus Kft. Az összetett homlokzat a belső funkcionális kialakítás kivetülése. A tervezés során ezen összetett funkcionális igényt és ugyanakkor egységes megjelenést több szempont determinált. A megvalósítás ütemezése, a gyártás precíz megvalósítása, valamint a lehatárolás épületfizikai jellemzői határozták meg a szerkezetválasztást. A kiviteli tervezés során az elemzések alapján a homlokzat nagy részén egy úgynevezett elemes homlokzat megvalósítását eredményezték, melynek elemeit és összefüggéseit mutatom be az előadás befejezéseképpen. Ugyanakkor ebben az épületben integrálódik mindaza a műszaki tartalom, melyet a két előadásomban ismertettem.


2011. ősz

ÜVEG ÉPÜLETSZERKEZETEK BMEEOMEMAT3

Recommend Documents