Канатные, тросовые и стержневые системы в структурном остеклении фасадов

На мировом рынке представлен широкий выбор конструкционных решений для структурного остекления фасадов.

Стальные канаты, тросы и стержневые несущие элементы активно применяются в строительстве, особенно актуальны эти технологии для конструкций структурного фасадного остекления, так как позволяют создавать эстетичные, минималистичные и, в то же время, прочные крепежные системы для фасадного стекла.

Мировые производители предлагают широкий спектр продуктов с различными характеристиками по жесткости, гибкости, выполненных из различных материалов. Существует стандартный ряд элементов, однако, на практике часто приходится изготавливать индивидуальные модификации под конкретные проекты.

Канаты более эффективны в конструкциях, где требуется большая длинна при высоких нагрузках, или  предполагается множество опор и крепежей. Стержни чаще применяются в конструкциях, где длинна отдельных элементов сравнительно короткая (до 10 метров), необходим лаконичный и гладкий вид поверхности или если более важна жесткость, нежели прочность.

Различные материалы для изготовления канатов и стержней могут обеспечить различные механические свойства, визуальные эффекты, соответственно и стоимость их будет различаться.

На графике отражены показатели жесткости и прочности некоторых модификаций стержней и канатов, применяемых в архитектуре и строительстве.

Untitled-1

Известные проекты, такие как LesSerres в Лавалетте и Пирамида в Лувре подтолкнули появление нового рынка канатных и стержневых систем как основного компонента технологии структурного остекления фасадов.

Жильные и тросовые технологии имеют длинную историю применения в архитектуре, включающую подвесные мосты и строение, лифтовые системы зданий и проч. Но эти новаторские проекты вывели эту технологию на новый уровень, в качестве элемента структурных систем, представляющего альтернативу каркасной технологии структурного остекления фасадов.

Канаты

b02a

Строителные канаты – это жильные или проволочные тросы. Современная технология изготовления канатов была изобретена в Германии в 1830 году инженером Вильгельмом Альбертом. Проволочные канаты появились на основе растительных, первые варианты плетения представляли собой проволоку обёрнутую вокруг проволочного каркаса. Материал начал применятся для строительства подвесных мостов.

 

Строение архитектурных тросов

Отдельные проволоки сворачиваются в прядь каната или стренгу. Проволочный трос изготавливается из стренг, закрученных вокруг стального остова. Количество проволок, их диаметр, плотность, рисунок и размер поперечного сечения канатов значительно варьируют, что помогает добиться преобладания гибкости, либо жесткости.

Существует множество техник скручивания тросов, вариаций оборотов проволок и стренг, типов плетения металлических канатов.

При разработке плетения в каждом конкретном случае рассчитывается предполагаемая нагрузка и особенности материала, исходя из этих данных определяется количество проволок в стренге и количество стренг в тросе.

Changi Airport Website edit

 

Канатные элементы для конструкций структурного остекления

Канаты для строительства и архитектурного применения представляют собой переплетение проволочных прядей (штренг), спирально закрученных вокруг остова (сердечника), что формирует симметричное сечение каната. Канаты имеют высокое соотношение прочности к весу, проволочные пряди разрабатываются с учетом высоких нагрузок и расположены определенным образом, чтобы обеспечивать эффективное распределение натяжной нагрузки.

Можно выделить две основных модификации металлических канатов: проволочный трос (гибкая конструкция) и структурный трос (жесткая конструкция).

Конструкционные и механические свойства определяются толщиной проволоки и способом ее закрутки в сердечнике и внешних прядях.

Проволочный канат (трос)

wire_rope

Обладающий высокой прочностью строительный канат имеет больший диаметр и более низкую жесткость, по сравнению с структурным тросом или монолитными стержнями. В связи с этим может быть не самым экономичным решением для статичных, несущих натяжную нагрузку структурных элементов. В проектах, где требыется высокая гибкость или, где требуется изгибы канатов под острым углом, проволочный трос может быть эффективным решением.

Стандартные конструкции: 7×19 и 6×19

Структурный трос

structural_strand_1 (1)

Представляет собой модификацию каната, наиболее часто применяемую для структурных конструкций. Такой тип канатов экономично сочетает в себе прочность и жесткость, что требуется для статичных конструкций. С увеличением диаметра каната, увеличивается и количество прядей.

На пример, канаты с номинальным диаметром до 19 мм состоят из 19 прядей, в то время как канаты с диаметром 50,8 мм состоят из 91 пряди (часто обозначаются как 1×91).

Канаты с Z– плетением (Full Locked)

structural_strand_2
Такие гальванизированные канаты имеют зигзагообразное плетение внешних слоев в форме “Z”, таким образом внешние пряди выглядят гладкими. Такие канаты имеют плотное поперечное сечение, но при этом высокую эластичность.

На концах металлических тросов закрепляются различные фитинги. Стандартные фитинги устанавливают производители тросов, однако они не всегда удовлетворяют эстетическим требованиям дизайна. Поскольку все крепежные системы конструкции структурного остекления фасада всегда открыты для обозрения, зачастую приходится изготавливать все детали и фитинги на заказ.




Небольшие производители крепёжных компонентов для стекла обычно предлагают большое разнообразие фиттингов для концов металлических канатов и тросов.

 

Стержневые натяжные компоненты для структурного остекления

Конструкционные инновации иногда бывают результатом переноса разработанной технологии из смежной или несмежной области применения. Таким образом старая технология может решать новые задачи. Высокопрочные натяжные стержни были разработаны для использования на гоночных яхтах.

Navtec– компания производитель такелажных систем для яхт сыграла ключевую роль в развитии применения стержневых систем для структрного остекления.

Основатель Навтек Тим Элиасон смог применить разработанные технологии для архитектурных решений, когда его пригласили участвовать в разработке конструкции Пирамиды в Лувре. Позже он основал компанию TriPyramidStructures, которая разрабатывает и производит тросы, канаты, стержни и крепёжные системы для строительной отрасли.

Untitled-2

 

TriPyramid Structures стала одним из лидеров и новаторов в развитии структурного остекления, предлагая высокотехнологичные и качественные конструкционные элементы и комплексные решения.

Концевые элементы стержней представляют собой несколько другую проблему, в отличие от концов тросов и канатов, которые могут быть обжаты или запаяны. Для стержней требуется иная техника, на их концы наносится резьба, чтобы можно было закрепить резьбовые фитинги. Кроме того, для закрепления фитингов применяется техника холодной вставки, при помощи гидравлического пресса, который сплющиванием соединяет конец стержня и фитинг.

rod_A03

rod_A22

rod_A35

Дизайн и разработка таких компонентов – отдельное искусство. Необходимо учитывать и согласовывать множество факторов, вплоть до того, что резьба крепления концевого фитинга должна быть незаметна. Крепежи и фитинги должны удовлетворять требованиям прочности и натяжения стержней, несущих конструкцию остекления фасада.

Стержни для архитектурных конструкций могут иметь различный запас прочности, диаметр и покрытие поверхности, изготавливаются из нержавеющей стали.

Стержни представляют собой функциональное и элегантное решение в качестве натяжных элементов, но они не подходят для повсеместного применения. К недостаткам стержней относятся трудности в хранении, транспортировке и установке без повреждения финишного покрытия, обычно выполненного из нержавеющей стали.

Кроме того, стержни представляют собой отдельные прямые элементы определенной длинны, канаты и тросы же могут иметь значительно большую длину, петлять вокруг конструкционных элементов, при этом сокращается количество необходимых концевых фитингов, что удешевляет конструкцию в целом.

Сравнительная таблица характеристик тросовых и стержневых элементов фасадных конструкций
Механические свойстваМодуль эластичности (Е)Предельная прочность
Стержниksi (*103)ГпаksiМпа
Стальной стержень30,0207190621
Стальной стержень повышенной прочности26,01792001379
Стальной стержень средней прочности26,0179140965
Облегченный стержень26,0179100690
Тросы, канатыГальванизированный трос18,01241531055
Трос Z плетения19,51341761214
Трос из нержавеющей стали15,0103132910
Гальванизированный проволочный канат12,083117807
Стальной проволочный канат7,048117807

Пожалуйста, поделитесь статьей: