Vstavané diely závesovej steny | Zaliate kotvy a konzoly

Na čo slúžili závesné steny – od stredovekej obrany po moderné fasády

Pojem „závesná stena“ má pôvod v stredovekej vojenskej architektúre. Opona bola časť vonkajšej obrannej steny, ktorá prebiehala medzi dvoma opevnenými vežami alebo baštami – „opona“ visiaca medzi konštrukčnými kotviacimi bodmi. Neniesol žiadne zaťaženie strechy alebo podlahy; jeho úlohou bolo čisto uzatvoriť a brániť. Táto definujúca charakteristika – stena, ktorá sa rozprestiera medzi štrukturálnymi podperami bez toho, aby sama bola štrukturálna – sa prenáša priamo do definície modernej architektúry.

V súčasnej konštrukcii je závesná stena ľahký, nekonštrukčný obkladový systém, ktorý obklopuje exteriér budovy, ale neprenáša žiadne zaťaženie podlahy a strechy budovy. Praktickým sa stal začiatkom 20. storočia vývojom oceľových a železobetónových konštrukčných rámov, ktoré umožnili budovám stáť úplne na ich vnútornom skelete bez toho, aby vonkajšia stena musela niesť akékoľvek konštrukčné zaťaženie. Prvá plne zasklená fasáda v modernej architektúre sa objavila v Hallidie Building v San Franciscu (1918). V 50. rokoch 20. storočia sa vďaka technológii vytláčania hliníka stal systém univerzálne použiteľným a dnes systémy obvodových stien pokrývajú väčšinu komerčných výškových budov na celom svete.

Vložené časti, ktoré ukotvujú tieto systémy ku konštrukčnému rámu, predstavujú technickú kontinuitu medzi stredovekým princípom – preklenujúcim nenosným plášťom držaným kotviacimi bodmi v konštrukcii – a jeho moderným inžinierskym výrazom.

Je závesová stena kovová – materiály, komponenty a zloženie systému

Moderný závesný systém obsahuje značné množstvo kovu, ale nie je to kovová stena v homogénnom zmysle. Je to kompozitná zostava, v ktorej kovové rámové prvky nesú štrukturálne zaťaženie v rámci systému, zatiaľ čo rôzne výplňové materiály – sklo, hliníkové kompozitné panely, kameň, terakota alebo izolované parapetné panely – vypĺňajú dutiny medzi rámovými členmi, aby poskytli obálku proti poveternostným vplyvom.

Rámový systém - stĺpiky a priečniky - je v súčasnej praxi takmer univerzálne hliníkový. Extrudované profily z hliníkovej zliatiny 6063 kombinujú vysoký pomer pevnosti k hmotnosti, vynikajúcu odolnosť proti korózii a neobmedzenú zložitosť prierezu z jedinej vytláčacej matrice. Štandardný závesový stĺp pre 4-metrové rozpätie dosky po dosku zvláda zaťaženie vetrom 1,5–3,0 kPa v časti s hmotnosťou približne 3-5 kg/m — konštrukčná účinnosť, ktorej sa pri porovnateľných nákladoch nevyrovná žiadny iný kovový vytláčaný materiál.

Je štrukturálna obvodová stena – Dráhy zaťaženia a inžinierstvo vstavaných častí

Závesná stena je nekonštrukčná v presnom inžinierskom zmysle: nenesie žiadne zaťaženie podlahy, strechy ani hmotnosť iných stavebných prvkov. Primárny konštrukčný rám – betón alebo oceľ – stojí a funguje úplne nezávisle od obvodového plášťa. „Nekonštrukčný“ však neznamená „nezaťažený“ – systém obvodových stien nesie značné konštrukčné zaťaženie, ktoré sa musí starostlivo skonštruovať a preniesť do konštrukcie cez zabudovanú časť a konzolový systém.

Vstavané diely závesovej steny – typy, dizajn a požiadavky na inštaláciu

Vstavané diely pre obvodové steny nie sú jedinou kategóriou produktov, ale skupinou typov kotiev vybraných na základe konštrukčného podkladu, projektovanej veľkosti zaťaženia, požadovaného rozsahu nastaviteľnosti a obmedzení stavebného programu. Štyri hlavné typy v súčasnej praxi sú:

• Kanály Cast-in (Halfen, Jordahl alebo ekvivalent): Súvislý oceľový žľab valcovaný za tepla so štrbinami pre T-skrutky, zaliaty do betónovej dosky alebo čela stĺpa počas liatia. Kanál poskytuje plynulé nastavenie polohy po celej dĺžke a definovanú nosnosť na jednotku dĺžky. Zaliate žľaby sú preferovanou vstavanou časťou pre výškové zjednotené závesové steny na novej konštrukcii - umožňujú jemné doladenie polohy konzoly po zameraní rámu, aby sa prispôsobila polohe konštrukcie. Nosnosti sa pohybujú od šmyk 25 kN až 80 kN na kotvovú skrutku v závislosti od prierezu kanála a pevnosti betónu.
• Zvarené doskové vložené časti (oceľová čelná doska s strižnými čapmi alebo kotviacimi tyčami): Plochá oceľová doska s navarenými strižnými čapmi alebo deformovanými tyčovými kotvami, umiestnená v debnení a zaliata do konštrukčného prvku. Držiak sa následne na mieste privarí k čelnej doske. Systémy zváraných dosiek sa používajú tam, kde sú sústredené vysoké bodové zaťaženia – podpora fasády na prenosových nosníkoch, fasády s veľkoformátovými kamennými panelmi alebo miesta, kde geometria konzol bráni použitiu systémov kanálov. Vyžadujú najvyššiu presnosť polohy pri inštalácii, pretože úprava po odliatku nie je možná bez konštrukčných úprav.
• Dodatočne inštalované kotvy (chemická alebo mechanická expanzia): Kotvy inštalované vŕtaním do vytvrdnutého betónu po dokončení konštrukčného rámu. Kotvy z chemickej živice a mechanické rozperné kotvy dosahujú porovnateľné zaťaženia ako zalievané systémy za predpokladu, že betón má primeranú pevnosť a vzdialenosti od okrajov sú dodržané podľa ETA (Európske technické posúdenie) výrobcu alebo schválenia ICC-ES. Dodatočne nainštalované kotvy sa používajú pri rekonštrukčných projektoch, konštrukčných zmenách, stratených polohách zaliatia a pri konštrukciách, kde prístup k debneniu pre zaliate diely nebol možný. Zavádzajú významnú požiadavku na kontrolu kvality na mieste – uhol vŕtania, čistota otvoru a teplota živice ovplyvňujú dosiahnutú nosnosť.
• Prefabrikované vložené vložky: Oceľové vložky odlievané v továrni do prefabrikovaných betónových prvkov – používané v prefabrikovaných rámových budovách, kde sa prefabrikovaný stĺp alebo okraj dosky vyrába v kontrolovanom továrenskom prostredí. Továrenské nastavenie dosahuje tolerancie polohy o ±2 mm , výrazne tesnejšie ako betón liaty na stavbe o ±10 mm a vytvára trvalo spoľahlivú geometriu kotvy, ktorá zjednodušuje konštrukciu konzol. Vložky sú typicky patentované produkty zo štandardného sortimentu výrobcu prefabrikovaného betónu.

Inštalačné tolerancie a konštrukčná koordinácia pre vstavané časti

Presnosť polohy zabudovaných častí je rozhodujúca pre cenu a program inštalácie predsteny. Systém nástenných držiakov poskytuje konečný rozsah nastavenia - zvyčajne ±20 až ±30 mm v troch osiach — prispôsobenie konštrukčným toleranciám v konštrukčnom ráme. Ak vložené diely spadajú mimo tento rozsah, pred inštaláciou fasády je potrebná sanácia, čo zvyšuje náklady a oneskorenie.

Priemyselný štandardný prístup k riadeniu tolerancií pre veľké projekty závesových stien zahŕňa a trojstupňový prieskumný program : prieskum pred naliatím (skontrolovanie debnenia pred naliatím betónu), prieskum po oddebnení (polohy v stave pri stavbe zaznamenané po odstránení debnenia) a prieskum vytýčenia (prieskumy fasádneho dodávateľa pred inštaláciou s cieľom identifikovať všetky polohy vyžadujúce sanáciu). Pri projektoch výškových budov sa údaje z prieskumu po pásoch privádzajú priamo do výrobcu závesových stien – odsadenia konzol sa upravujú vo výrobnom programe tak, aby sa kompenzovali polohy konštrukcie, ako keby sa pokúšali posunúť vložené časti.

Špecifikácia materiálu a odolnosť proti korózii vstavaných častí

Časti zabudované do závesovej steny fungujú na rozhraní medzi alkalickým betónovým prostredím (pH 12–13) a vonkajšou zónou konzoly vystavenej vlhkosti a atmosférickým znečisťujúcim látkam. Výber materiálu musí osloviť obe prostredia. Dve hlavné cesty materiálu sú žiarovo pozinkovaná uhlíková oceľ a nehrdzavejúca oceľ, každá so špecifickými podmienkami použitia:

• Žiarovo pozinkovaná uhlíková oceľ (HDG podľa ISO 1461): Štandardná špecifikácia pre zabudované dosky, kanály a kotviace tyče v aplikáciách s interným alebo stredným vystavením. Zinkový povlak (min 85 mikrónov podľa ISO 1461 pre úseky nad 6 mm) poskytuje približne 40-60 rokov ochrany v prostredí s koróziou C3 (mestská/priemyselná atmosféra) prostredníctvom obetnej katódovej ochrany. Vstavané diely HDG by sa nemali používať v priamom kontakte s odlišnými kovmi (hliník, meď) bez izolácie – rozdiel galvanického potenciálu spôsobuje zrýchlené rozpúšťanie zinku.
• Nehrdzavejúca oceľ (trieda 316L / EN 1.4404): Vyžaduje sa pre pobrežné a námorné aplikácie, prostredia chemického spracovania, kryty bazénov a akékoľvek aplikácie, kde je pravdepodobné usadzovanie chloridov na povrchu zabudovanej časti. Obsah molybdénu 316L poskytuje kritickú odolnosť voči chloridovej jamkovej korózii, ktorá sa v štandardnej triede 304 nevyskytuje. Všetky exponované komponenty držiakov v morských prostrediach (do približne 1 km od pobrežia na exponovaných miestach) by mali mať minimálne 316 l. Duplexná nehrdzavejúca (trieda 2205) je určená pre aplikácie vyžadujúce vysokú pevnosť a zvýšenú odolnosť voči chloridom – podmorské fasádne konštrukcie, architektúra prílivových zón.
• Požiadavky na bimetalickú izoláciu: Tam, kde sa hliníkové závesové konzoly dotýkajú oceľových vložených častí, musí byť vložená izolačná podložka alebo podložka z PTFE, neoprénu alebo eloxovaného hliníka, aby sa zabránilo galvanickej korózii. Rozdiel galvanického potenciálu medzi oceľou a hliníkom v elektrolytickom prostredí (vlhkosť s rozpustenými soľami) spôsobuje zrýchlenú koróziu hliníka – anódového materiálu v tomto páre. Táto požiadavka je špecifikovaná v norme BS EN 1999-1-1 (Eurokód 9) a smerniciach AAMA pre hliníkové fasádne spoje a je neobchodovateľné v pobrežných aplikáciách.