Steklo bi v sodobni leseni stavbi ob potresu lahko prevzelo del potresnih sil

Steklo bi v sodobni leseni stavbi ob potresu lahko prevzelo del potresnih sil

Steklo postaja čedalje pomembnejši element sodobnih lesenih objektov.

  • potresna varnost lesenih objektov z velikimi steklenimi površinami
  • raziskave in razvoj v povezovanju lesa in stekla
  • odziv morebitnih uporabnikov na projekt
  • pričakovanja novih funkcionalnostih sistema
  • zgodovina stekla kot konstrukcijskega elementa


Steklo zagotavlja estetsko dodano vrednost objekta in boljše ugodje bivanja. Zastekljevanje objektov je tudi način, kako izboljšati njihovo energijsko učinkovitost, saj omogoča prehod sončne energije v stavbo.V potresnem inženirstvu konstrukcije se razvijajo inovativni sistemi, ki vključujejo kombinacije različnih materialov. Gre za eksperimentalne študije, saj ti sistemi še niso podprti s standardi za uporabo, zato jih poteka njihovo projektiranje le po tako imenovanih metodah "state of the art". A to je področje raziskav, ki poganja razvoj novih pogledov na kombinacije materialov. Ena od zanimivih kombinacij je povezava lesa (Xlam, Clt, KLH) in stekla v konstrukcijah.

 

Potresna varnost lesenih objektov z velikimi steklenimi površinami

Pasivni in nizkoenergijski objekti so navadno zaprti na severni strani, na južni zelo odprti in zastekljeni. Pri potresu je lahko ta nesimetričnost konstrukcije zelo škodljiva. V objektu takrat ni le vzdolžnih premikov, temveč se pojavijo za gradbene elemente zelo škodljivi torzijski zasuki objekta. Ko hočemo konstrukcijo uravnotežiti, je treba vse strani objekta zavetriti oziroma stabilizirati z elementi, ki imajo nosilnost v svoji ravnini in s tem v vodoravni smeri objekta.

Steklo kot krhek material velikokrat izključujemo iz računskih analiz. Stavbno pohištvo je v konstrukcijo vpeto z mehkimi spoji, v sodobnih objektih pa so pogoste tudi fiksne zasteklitve - lesen okvir, v katerega je vpeto steklo. Steklo je v svoji ravnini zelo togo in lahko prenese velike obremenitve, a pomembno je, kako ga vključimo v konstrukcijo. Ob morebitni lokalni koncentraciji napetosti lahko to steklo eksplozivno poči.

Ko v povezavi stekla in lesa predvidimo disipativna območja, se lahko steklo prilagaja konstrukciji in ni tako velikih koncentracij napetosti, da bi steklo počilo. Tako lahko dobimo učinkovite sisteme, ki se dobro obnesejo tudi pri potresu. Steklo v tem primeru lahko prevzame, nevtralizira to silo, a najti moramo način, kako se bo sila na steklo prenesla čim bolj enakomerno.

 

Raziskave in razvoj v povezovanju lesa in stekla

Zamisel se razvija v evropskem projektu Wood Wisdom Net, ki bo trajal približno tri leta. Prvo ocenitev smo uspešno prestali, prav zdaj pa pripravljamo končno prijavo in pričakujemo, da se bo ta dvomilijonski projekt začel konec leta. Gre za povezavo približno 20 industrijskih in raziskovalnih partnerjev s področja proizvodnje in raziskave stekla, lepil in tesnil ter lesenih konstrukcij iz Švedske, Nemčije, Avstrije, Turčije, Slovenije in tudi Brazilije in Čila.

V Sloveniji smo se povezali s strokovnjaki z obeh fakultet, na mariborski pod vodstvom profesorja Premrova, na ljubljanski pa profesorja Branka, vmes je naš biro z dvema mladima raziskovalcema z obeh fakultet. Kot slovenski del ekipe smo se osredinili predvsem na področje modeliranja in eksperimentalnega preizkušanja zavetritvenih steklenih sten. In ker imamo temeljno potresno znanje, poskušamo določiti, kakšni so disipacijski mehanizmi, torej pretvarjanje kinetične energije v notranjo in disipacijo te potresne energije med lesenim okvirjem in steklom.

Gre predvsem za sodobno, čedalje zahtevnejšo projektiranje arhitekture, ki vključuje čedalje več steklenih površin v sodobne objekte. Hkrati je tudi razvoj zasteklitev močno napredoval, saj so sodobna stekla čedalje bolj izolacijska. Pri ovoju stavbe moramo namreč vedno gledati na to, da je ta pregleden, pa tudi toplotno učinkovit. Naslednja stopnja je zasteklitvi dodati tudi konstrukcijsko funkcijo in s tem integrirati nosilnost.

A vedeti moramo, da je steklo viskozen material. Zasteklitev se počasi spreminja in zgodi se, da se debelina stekla v zgornjem delu z leti manjša, saj se kot amorfna snov pri večjih stalnih obremenitvah delno preoblikuje. Zato želimo vertikalno obtežitev na steklo prenesti po lesenih okvirjih, katerih sestavni del so stojke. V tej povezavi pa steklena polnitev objekt ustrezno zavetri pri vetrni in tudi potresni obtežitvi.

 

Odziv morebitnih uporabnikov na projekt

Precej arhitekturnih skupin po svetu je navdušenih, da bi takšen sistem vključili v svojo arhitekturo, a tu je še veliko možnosti. Predvsem gre za proizvod, ki v opečni in AB gradnji ni smiseln. Poglavitni uporabniki bodo predvsem podjetja, ki se ukvarjajo s predfabriciranimi montažnimi objekti. Pri vseh sistemih, ki vsebujejo lepilo, je treba namreč upoštevati robne razmere temperature, vlage, tudi pritiska in podobno, saj lahko le tako zagotovimo končno kakovost in predvidimo končno odzivanje zgrajenega objekta. Za tak način je nujna zelo natančna izdelava pod nadzorovanimi pogoji, kar na gradbišču samem ni možno doseči. 

 

Je mogoče glede na napredek pri razvoju izolacijskih stekel pričakovati še kakšno novo funkcionalnost takšnega sistema?

Seveda, lep primer je na primer izraba takšne konstrukcije za rekuperacijo toplote prek lesenega okvirja. Nekateri proizvajalci že imajo razvite sisteme pri PVC-oknih, a mislim, da se bo takšen pristop preselil tudi na lesena okna in fiksne zasteklitve. Poleg tega bi lahko z dvojno fasado, dvojno zasteklitvijo ustvarili temperaturno oviro, nekakšno toplo gredo, ki bi skrbela za uravnavanje temperature v objektu.

Zanimiva bi bila tudi aplikacija takšnega sistema na objekte, ki veljajo za mobilne, kot so bivalni boksi v kampih in počitniških naseljih. Počitniške prikolice že pogosto nadomeščajo tako imenovani bivalni boksi, kjer je razvoj potekal predvsem v smeri aluminijastih in PVC-konstrukcij.

Ko nam bo uspelo steklo vključiti v objekt kot element nosilne konstrukcije, bo mogoče izdelati zelo atraktiven mobilni bivalni objekt in ga tudi transportirati, ne da bi pri tem poškodovali steklene površine. Prevoz ali selitev takšnega objekta je pravzaprav mali potres. Kadar nam bo uspelo obremenitve zadržati v konstrukciji brez poškodb, se nam bo odprlo popolnoma novo področje uporabe, kot je gradnja zahtevnih objektov, ki so odprti.

 

Zgodovina stekla kot konstrukcijskega elementa

Zametkov je že precej, a tega so se lotevali v nepotresnih deželah, denimo v Švici. Kot potresna skupina pa bi radi raziskali učinke potresov na takšne konstrukcije. Ni še znano, kako bi se takšen mehanizem aktiviral pri potresu in nevarnem torzijskem gibanju objekta, ki povzroči, da steklo izstopi iz svoje ravnine in z eksplozijo poči. Če bo ta mehanizem kot skupek lesa, lepila in stekla deloval, je to lahko odlična rešitev, na začetku predvsem za manjše, lažje objekte. Nadaljnji razvoj je težko napovedati, vsekakor pa se bo še nadaljeval.

 

NA VRH