Łączniki do mechanicznego mocowania szklanych elewacji cz.I

We współczesnej architekturze szkło stosowane jest już nie tylko do tradycyjnego szklenia okien, ale również do wykonywania całych elewacji w systemach lekkich ścian osłonowych. Ściany te charakteryzują się łatwością dostosowania do konstrukcji budynku oraz dużą gamą rozwiązań technicznych.

Podstawową zasadą lekkich ścian osłonowych jest oddzielenie funkcji nośnej od osłonowej. W związku z tym sposoby mocowania ściany osłonowej nabierają szczególnego znaczenia. Jest to jeszcze istotniejsze w przypadku elewacji wykonywanych ze szkła, ze względu na specyfikę tego materiału budowlanego.

Zagadnienia ogólne

Jednym z podstawowych sposobów mocowania ścian osłonowych, a także przekryć dachowych, np. nad pasażami oraz daszków nad wejściami do budynków, wykonanych ze szkła pojedynczego lub zespolonego, jest mechaniczne mocowanie przy pomocy różnego rodzaju łączników. W mechanicznym mocowaniu oszklenia, obciążenia z przegrody szklanej stanowiącej elewację, przenoszone są na konstrukcję nośną ściany w sposób punktowy lub jako podparcie ciągłe.

Wyjaśnić tutaj należy, że często wyroby służące do mechanicznego mocowania szklanych elewacji zwane są okuciami. Zdaniem autora jest to nazwa nieuprawniona, gdyż w wykazie mandatów udzielonych przez Komisję Europejską na opracowanie europejskich norm zharmonizowanych oraz wytycznych do europejskich aprobat technicznych wraz z zakresem przedmiotowym tych mandatów (umieszczonym w obwieszczeniu Ministra Infrastruktury z dnia 5 lipca 2004 r. – „Monitor Polski” Nr 32, poz. 571), okucia wymienione są w Mandacie M/101 na „drzwi, okna i wyroby związane”, natomiast łączniki mechaniczne wymienione są w Mandacie M/108 na „ściany osłonowe”, w tym także szklane.

Biorąc pod uwagę sposób zamocowania oszklenia lekkich ścian osłonowych i przekryć, można je podzielić na:

– mocowane przelotowo,
– mocowane nieprzelotowo.

Mocowanie przelotowe jest zamocowaniem punktowym, wymagającym wykonania w tafli szkła otworu przelotowego. Stosowane jest do ścian osłonowych i przekryć dachowych wykonywanych zarówno ze szkła pojedynczego, jak i szyb zespolonych. W przypadku pojedynczej tafli, wykonuje się w niej przeważnie otwór stożkowo-walcowy, natomiast w szybie zespolonej, gdzie występuje również druga tafla, wykonuje się w niej otwór walcowy.

Mocowanie szkła następuje poprzez wprowadzenie do otworu gwintowanego sworznia łącznika i jego zablokowanie przy pomocy odpowiednich podkładek i nakrętek. W zależności od wymiarów elementów szklanych elewacji, stosuje się przeważnie cztery lub sześć łączników, rozmieszczonych w pobliżu naroży i krawędzi elementu. Schemat zamocowania przelotowego przedstawiono na rysunku 1.

Mocowania nieprzelotowe usytuowane są poza elementami szklanymi elewacji, wzdłuż krawędzi lub na skrzyżowaniu krawędzi sąsiadujących elementów. Ten sposób mocowania nie wymaga wykonywania w tafli szklanej żadnych otworów przelotowych. Mocowanie następuje poprzez punktowe lub ciągłe podparcie przy pomocy rozet, pierścieni oraz listew. Schemat zasady działania zamocowań nieprzelotowych przedstawiono na rysunku 2.

W obu sposobach montażu mechanicznego wykluczony jest bezpośredni kontakt szkła i metalu, głównie poprzez stosowanie odpowiednich uszczelek.

Szyby zespolone występujące w elewacjach fasad strukturalnych mogą być także mocowane w sposób będący połączeniem obu podanych metod, wraz z zastosowaniem spoiwa silikonowego. W tym przypadku wewnętrzna szyba elewacyjna przytwierdzona jest do konstrukcji nośnej budynku za pomocą specjalnego sworznia wprowadzonego w przelotowy otwór wykonany w tej szybie, natomiast tafla zewnętrzna przyklejona jest na obwodzie silikonem konstrukcyjnym. Szyba zewnętrzna zestawu jest dodatkowo połączona na obwodzie mechanicznymi łącznikami, zabezpieczającymi taflę szklaną w wypadku zniszczenia połączenia silikonowego.

W elewacjach z oszkleniem mechanicznie mocowanym stosowane jest szkło hartowane o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej i termicznej, rozpadające się w przypadku rozbicia na drobne odłamki.

Przykład zastosowania łączników w punktowych zamocowaniach przelotowych tafli szklanych stanowiących elewację budynku przedstawiono na rysunku 3.

Mechaniczne zamocowania szklanych elewacji, przenoszące obciążenia z przegrody szklanej na konstrukcję nośną budynku mogą być typu przegubowego, utwierdzonego i pół utwierdzonego. Zgodnie z wytycznymi Europejskiej Unii Aprobat Technicznych w Budownictwie, dotyczącymi ścian z oszkleniem mocowanym mechanicznie (Wytyczne techniczne UEATc w sprawie aprobat technicznych ścian z mocowanymi oszkleniami zewnętrznymi, CSTB – Paryż, 1998 r.), rozróżnia się cztery typy mocowania za pomocą specjalnych łączników, co przedstawiono w poniższej tabeli.

W zależności od wymienionego w tablicy typu, zamocowania po stronie oszklenia mogą umożliwiać, lub nie, przemieszczenia w płaszczyźnie ściany. Ponadto przemieszczenia mogą występować między łącznikami a konstrukcją wsporczą ściany.

Stosowane na elewacje budynków systemy ścian przewidują stosowanie dwóch podstawowych rodzajów łączników do mechanicznego mocowania elementów szklanych, tj. łączniki przegubowe i łączniki sztywne, przedstawiane w dalszej części publikacji.

Charakterystyka łączników do mocowania przelotowego
Najbardziej rozpowszechnionym sposobem mechanicznego mocowania tafli szklanych w elewacjach i przekryciach budynków jest punktowe mocowanie przelotowe.

Do tego sposobu mocowania stosowane są dwa podstawowe rodzaje łączników:

– łączniki przegubowe – pozwalające na obrót i odchylenie od osi łącznika (przeważnie do 10°) i nie wywołujące dodatkowych naprężeń w szkle w sąsiedztwie zamocowania punktowego, występujących m. in. w wyniku parcia lub ssania wiatru:

– łączniki sztywne – w których nie występuje możliwość ruchu szkła, a zakres stosowania limitują naprężenia powstające w tafli w sąsiedztwie zamocowania punktowego.

Oba rodzaje łączników, zwane popularnie spider (pająk), zbudowane są z korpusu oraz złącza śrubowego, co przedstawiono na rysunku 4.

Korpus łącznika składa się ze środnika, ramienia/ramion oraz główki, wykonywanych ze stali konstrukcyjnej niestopowej oraz odpornej na korozję; lub odpowiednich stopów aluminium. Jest mocowany do elementów konstrukcyjnych budynku i może być czteroramienny, jak przedstawiony na rysunku 4, trzyramienny oraz dwu- i jednoramienny, co przedstawia rysunek 5.

Drugi element łącznika, jakim jest złącze śrubowe, służy do przelotowego mocowania tafli szklanej, w sposób sztywny lub przegubowy. Złącze przegubowe, może pełnić swą funkcję poprzez amortyzator wykonany np. z kauczuku silikonowego lub specjalnie ukształtowane metalowe głowice kuliste, zwane rotulami. Typowe przegubowe złącze śrubowe składa się z gwintowanych trzpieni z zakończeniem kulistym i gniazdem kulistym, nakrętek oraz podkładek metalowych i tworzywowych. Przykładowe złącze przegubowe przedstawia rysunek 6.

Istnieje również możliwość bezpośredniego mocowania tafli szklanej fasady do konstrukcji nośnej budynku tylko przy użyciu złą-cza śrubowego, sztywnego lub przegubowego. Taki sposób mocowania, z zastosowaniem złącza przegubowego, wyposażonego w amortyzator wykonany z kauczuku silikonowego MVQ, pozwalającego na maksymalne odchylenie się osi złącza (a tym samym tafli szklanej pod wpływem parcia lub ssania wiatru) o kąt ±6°, przedstawiono na rysunku 7.

Charakterystyka łączników do mocowania nieprzelotowego

Mechaniczne mocowanie nieprzelotowe tafli szklanych jest rzadziej stosowanym sposobem montażowym w elewacjach budynków niż mocowanie przelotowe.

Ten typ mocowania jest stosowany głównie w ścianach osłonowych z oszkleniem strukturalnym oraz semistrukturalnym, jako dodatkowe zabezpieczenie utrzymujące szkło w przypadku wad klejenia, co ze względu na podstawową rolę spoiwa konstrukcyjnego nie jest objęte niniejszą publikacją.

W mechanicznym mocowaniu nieprzelotowym nie występuje konieczność wiercenia otworów, co w znacznym stopniu ułatwia przygotowanie tafli szklanych oraz upraszcza i przyspiesza montaż elewacji. Wymaga jednak wypełnienia szczelin powstałych pomiędzy taflami szkła silikonem.

Jedną z odmian mocowania nieprzelotowego jest zastosowanie pierścieni zaciskających. Pierścienie usytuowane są na skrzyżowaniu krawędzi sąsiadujących ze sobą czterech tafli szklanych ściany osłonowej. Pierścień zewnętrzny wyposażony jest w cztery trzpienie łączące z pierścieniem wewnętrznym i poprzez zacisk tych elementów następuje zamocowanie szyb elewacji. Z kolei pierścień wewnętrzny posiada ramiona zakończone wspólnym elementem przytwierdzającym łącznik do konstrukcji nośnej budynku. Wadą tego sposobu mocowania jest konieczność występowania dużych szczelin pomiędzy taflami szklanymi, niezbędnymi do przejścia trzpieni łączących pierścień zewnętrzny z wewnętrznym i zaciskającymi tafle szklane.

Przykładowy łącznik pierścieniowy do nieprzelotowego mocowania elewacji szklanych przedstawiono na rysunku 8.

Wymagania i badania łączników

Łączniki do mechanicznego mocowania lekkich ścian osłonowych, w tym szklanych, nie są objęte żadną europejską normą wyrobu lub wytycznymi do europejskich aprobat technicznych, z których wynikałyby obligatoryjne wymagania i metody badań tych wyrobów.

Jedynie elementy do mechanicznego podparcia oszklenia, stosowane w ścianach osłonowych strukturalnych i semistrukturalnych posiadają określone wymagania i metody badań, ujęte w Wytycznych do Europejskich Aprobat Technicznych EOTA-ETAG Nr 002 Systemy oszklenia ze spoiwem konstrukcyjnym. Część pierwsza: Systemy z podparciem oszklenia i bez podparcia oszklenia.

Można przyjąć, że wymagania i metody badań ujęte w ETAG Nr 002, mogą być podstawą do ustalenia wymagań i metodyki badań do łączników służących do mechanicznego mocowania nieprzelotowego.

Istnieją także dokumenty techniczne w randze Aprobat Technicznych, które zawierają zarówno wymagania, jak i metody badań łączników do mechanicznego punktowego mocowania szkła. Takim przykładem jest Aprobata Techniczna ITB AT-15-7039/2006 Łączniki do mocowania punktowego szkła w systemie WG SPIDER oraz COBR „Metalplast” AT-06-0280/2000 Łączniki przegubowe SPIDER GLASS.

W Aprobacie określono wymagania dotyczące materiałów, wymiarów, wykonania, zabezpieczeń antykorozyjnych oraz wytrzymałości. W odniesieniu do wymagań wytrzymałościowych określono parametry wytrzymałości łącznika na zginanie, pod wpływem obciążenia wynikającego z parcia i ssania wiatru oraz masy tafli szklanej i śniegu. Określono także parametry wytrzymałości złącza śrubowego przegubowego na rozciąganie.

Powyższa Aprobata podaje także metodykę badań określonych wymagań łączników, w tym sprawdzenia wytrzymałości.

Sprawdzenie wytrzymałości ramienia korpusu łącznika na zginanie, pod wpływem obciążenia wynikającego z naporu wiatru oraz masy tafli szklanej i śniegu, polega na przeprowadzeniu dwóch badań według schematów przedstawionych na rysunku 9. Jeżeli po tych badaniach nie nastąpiły odkształcenia trwałe ramion korpusu, badany wyrób należy uznać za zgodny z wymaganiami.

Sprawdzeniu podlega także wytrzymałość przegubowego złącza kulistego łącznika na rozciąganie, a schemat takiego badania przedstawiono na rysunku 10. Sprawdzane złącze należy uznać za zgodne z wymaganiami, jeżeli po zakończeniu badań nie nastąpiły odkształcenia trwałe oraz nie powstał wyczuwalny luz pomiędzy połączeniami przegubowymi złącza.

Wymagania stawiane łącznikom do mechanicznego mocowania punktowego mogą być sprawdzane także poprzez badanie zamocowanych elementów szklanych fasad. Badanie wykonuje się na stanowisku do badań okien, na którym można wytworzyć pod-i nadciśnienie, odpowiadające parciu i ssaniu wiatru. Proces badawczy prowadzi się w celu określenia obciążenia niszczącego połączenia łącznika z taflą szklaną lub łącznika z elementem konstrukcyjnym oraz samego łącznika.

Stosowanie łączników

Przy projektowaniu szklanych fasad mocowanych mechanicznie bardzo ważnym zagadnieniem jest dobór odpowiedniego sposobu mocowania, tj. przelotowego lub nieprzelotowego. W przypadku wyboru przelotowego mocowania punktowego, należy z kolei określić, czy do montażu stosować łącznik sztywny czy przegubowy. Przy doborze sposobu mocowania i typu łącznika, należy brać pod uwagę rodzaj i grubość szyb, wielkość szklanych elementów oraz przewidywane obciążenie zewnętrzne.

Najczęściej stosowanym sposobem mocowania ściennych i dachowych elementów ze szkła jest mechaniczne, przelotowe mocowanie punktowe za pomocą sztywnych lub przegubowych łączników. Ten typ łączników może być stosowany w:

– fasadach budynków zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej;
– przeszkleniach dachów, świetlików i ogrodów zimowych;
– wiatrołapach i zadaszeniach podwieszanych nad wejściami;
– akustycznych ścianach osłonowych na ulicach i autostradach.

Łączniki są przystosowane do punktowego mocowania szyb pojedynczych, klejonych oraz zespolonych o grubości od 8 do 50 mm.

Rodzaj i ilość łączników powinny być określone w dokumentacji technicznej, opracowanej dla konkretnego obiektu, w którym łączniki będą stosowane. W projektowaniu stosowania łączników należy przestrzegać zasad, aby nie zostały przekroczone parametry wytrzymałościowe określone na podstawie badań, z uwzględnieniem współczynnika bezpieczeństwa. Wartość współczynnika bezpieczeństwa powinna być określona przez upoważnionego projektanta w ramach obliczeń statycznych indywidualnego projektu.

Szczególną uwagę należy także przykładać do montażu łączników, który powinien być wykonany zgodnie z instrukcją dołączoną przez Producenta do każdej partii wyprodukowanych wyrobów. Instrukcja powinna zawierać między innymi wartość momentu, którym należy dokręcać śruby lub nakrętki dociskowe do tafli szklanych oraz dopuszczalne wartości obciążeń przypadających na jedno ramię korpusu łącznika (przy łącznikach wieloramiennych).

W swych instrukcjach montażu producenci zazwyczaj podają, że w technice mocowania szkła za pomocą przelotowych łączników punktowych, elementami nośnymi są łączniki górne, natomiast dolne spełniają rolę elementów podtrzymujących. Przy montażu szklanych fasad należy więc tafle z zamocowanymi uprzednio złączami śrubowymi mocować do korpusu łącznika od góry, zaczynając od najwyższej warstwy.

Na rysunkach 11, 12 i 13 pokazano przykłady punktowego zamocowania przelotowego szklanych elementów elewacji, natomiast na rysunku 14 przykład i szczegóły zamocowania szklanego daszku nad wejściem do budynku.

Producenci systemów elewacji szklanych podają również, ze otwory w tafli szklanej na łączniki wykonywane są z tolerancją ±0,2 mm, a minimalna odległość otworu od brzegu tafli nie powinna być mniejsza niż 60 mm, co należy uwzględniać w konstrukcji łączników.

inż. Zbigniew Czajka
ITB Oddział Wielkopolski
Poznań