SI26095A - Razvoj nosilnega fasadnega montažnega lesenega stenskega elementa z dvojno zasteklitvijo - Google Patents

Abstract

Predmet izuma je razvoj nosilnega fasadnega montažnega lesenega stenskega elementa z dvojno zasteklitvijo (DSF), ki je uporaben tako pri večetažnih novogradnjah montažnih lesenih objektov, kakor tudi pri konstrukcijskih in energijskih prenovah montažnih lesenih objektov. DSF stenski element je namreč v osnovi poseben tip vertikalnega stavbnega ovoja sestavljen iz dveh, v večini primerov transparentnih slojev, izolacijske zasteklitve in enojnega stekla, ločenih z zračnim kanalom. Glavni namen izuma jerazvoj nosilnega transparentnega fasadnega leseno-steklenega montažnega stenskega elementa, ki hkrati zagotavlja določeno stopnjo horizontalne nosilnosti in togosti v konstrukcijskem vidiku, v gradbeno-fizikalnem pa dovolj veliko stopnjo zvočne in toplotne izolativnosti. Prednost izuma je v povečani horizontalni nosilnosti in togosti ter v povečani zvočni in delno tudi toplotni odpornosti predlaganega stenskega elementa, kar lahko bistveno poveča uporabo takšnih elementov v sodobni leseni gradnji in s temtudi bistveno prispeva k povečanemu bivalnemu ugodju v tako zasnovanih objektih.

Description

RAZVOJ NOSILNEGA FASADNEGA MONTAŽNEGA LESENEGA STENSKEGA ELEMENTA Z DVOJNO ZASTEKLITVIJO

Predmet izuma je razvoj nosilnega fasadnega montažnega lesenega stenskega elementa z dvojno zasteklitvijo (double-skin facade - DSF), ki bo uporaben tako pri večetažnih novogradnjah montažnih lesenih objektov, kakor tudi pri konstrukcijskih in energijskih prenovah montažnih lesenih objektov. DSF stenski element je namreč v osnovi poseben tip vertikalnega stavbnega ovoja sestavljen iz dveh, v večini primerov transparentnih slojev, izolacijske zasteklitve in enojnega stekla, ločenih z zračnim kanalom.

V splošnem obstaja v poznani literaturi sicer več podsistemov DSF elementov, ki se med seboj razlikujejo glede na tip oz. postavitev zasteklitve, širino zračnega kanala, uporabe senčil, načina obravnave prezračevanja in izmenjave zraka med kanalom in notranjostjo stavbe (Saelens D., Roels S., Hens H. Strategies to improve the energy performance of multiple-skin facades. 2008), vendar nobeden od teh do sedaj ni bil obravnavan kot nosilni na horizontalno obtežbo. Vgradnja prezračevanja, ki bi bila tudi optimalna za objekt, ni primerna za nosilne DSF sisteme. Prezračevanje zahteva izvedbo odprtin v nosilnih elementih DSF sistema, kar občutno vpliva na samo horizontalno nosilnost takšnega DSF stenskega elementa. Vplivi odprtin na horizontalno nosilnost in togost so v splošnem poznani iz že nekaterih referenčnih študij takšnih vplivov na klasičnih okvirno-panelnih stenskih elementih brez uporabe zasteklitev (Kozem Šilih E., Premrov M. Influence of openings on horizontal load-carrying capacity of timber-frame wall elements with fibre-plaster sheathing boards. Advances in engineering software. 2012; Kozem Šilih E., Premrov M., Kuhta M., Šilih S. A parametric numerical study on the horizontal load-bearing capacity of the FPB-sheated timber framed wall elements with openings. International journal of civil engineering. 2015), iz katerih je razvidno, da je vpliv odprtin na okvirno-panelnih lesenih stenskih elementih precej večji kot je to v primeru križno-lepljenih (CLT) nosilnih stenskih elementov (Šupek S., Dujič B., Žarnič R. Vpliv odprtin na strižno nosilnost KLH sten, Zbornik 30. zborovanja gradbenih konstrukterjev. 2008). Dodatno se v primeru uporabe prezračevanja pojavi tudi problem načina kasnejšega vzdrževanja tega prezračevalnega sloja. Ker pa želimo s tem izumom razviti izključno na horizontalno obtežbo nosilni montažni stenski element, je predmet tega izuma le varianta, ko je DSF stenski element neprezračevan, torej brez vsakršnjih odprtin.

Zaradi navedenega so v predlagani patentni rešitvi z ustreznim načinom pritrditve fiksne zasteklitve na leseni okvir, po vzoru predhodno izvedenih raziskav (Ber B. Vpliv zasteklitve na horizontalno nosilnost in togost lesenih okvirnih stenskih elementov : doktorska disertacija. 2015; Premrov M., Ber B., Štrukelj A. Cyclic and shaking-table tests of timber- glass buildings. International journal of computational methods and experimental measurements. 2017; Štrukelj A., Ber B., Premrov M. Racking resistance of timber-glass wall elements using different types of adhesives. Construction & building materials. 2015; Premrov M., Žegarac Leskovar V., Mihalič K. Influence of the building shape on the energy performance of timberglass buildings in different climatic conditions. Energy. 2016; Ber B., Finžgar G., Premrov M., Štrukelj A. On parameters affecting the racking stiffness of timber-glass walls. Glass structures & engineering. 2018), razviti DSF stenski elementi tudi kot nosilni elementi, ki lahko bistveno prispevajo k horizontalni stabilnosti objekta, česar kar s klasično stekleno fasado ni možno doseči. Problem še zlasti eskalira v primeru večetažnih lesenih objektov na potresno ali vetrno aktivnih področjih, kar pa Slovenija nedvomno je.

V sodobni več etažni montažni leseni gradnji vse bolj težimo k uporabi povečanega deleža zasteklitev, ki jih lociramo primarno zlasti na južni strani stavbnega ovoja. Posledično prihaja zaradi navedene asimetrije v togosti stenskih elementov do distorzije takšnih etaž, kar kot problem še posebej eskalira pri povečanem številu etaž lesenih objektov, lociranih na močno aktivnih potresnih, in delno tudi vetrnih območjih. V smislu, da imamo na stavbnem ovoju zaradi minimiziranja energijskih izgub tudi čim nižjo vrednost koeficienta toplotne prehodnosti (Uvrednost), se kot fiksno zasteklitev, ki jo nepomično pritrdimo na leseni okvir, že več let uporablja večinoma izključno tri-slojna izolacijska zasteklitev. V primeru, da pa želimo hkrati doseči tudi čim večjo zvočno izolativnost takšnih leseno-steklenih stenskih elementov, pa je smotrno uporabiti tudi dodatni sloj enoslojne zasteklitve, ki ga na določeni distanci od izolacijske zasteklitve pritrdimo na leseni okvir. Tako dobimo tako-imenovan double-skin fasadni (DSF) element, ki v primerjavi s poznanimi rešitvami klasične fiksne tri-slojne izolacijske zasteklitve izkazuje določeno povečano stopnjo toplotne in zvočne izolativnosti. Vendar pa nas v konkretnem primeru patentne rešitve zanima povečana horizontalna nosilnost in togost takšnih DSF elementov v primerjavi s poznanimi in že množično uporabljenimi nosilnimi fiksnimi lesenosteklenimi stenskimi elementi, kjer je uporabljena le tri-slojna izolacijska zasteklitev. Z zagotovitvijo povečane horizontalne nosilnosti in togosti takšnih DSF stenskih elementov bi namreč bistveno zmanjšali torzijo več etažnega objekta po posameznih etažah, kjer uporabljamo takšne DSF stenske elemente, ter posledično lahko tudi bistveno povečali odpornost takšnega objekta napram horizontalnim obtežnim vplivom, kot sta obtežba vetra in potresna obtežba. S predlagano patentno rešitvijo nosilnih DSF stenskih elementov bi tako omogočili tudi bolj množično gradnjo montažnih več etažnih lesenih objektov s povečanim deležem fiksne zasteklitve tudi na potresno ali vetrno aktivnih območjih, kar do sedaj praktično ni bilo možno.

Do sedaj se je opisan problem, kjer so bili fasadni elementi transparentni in hkrati v določeni meri tudi nosilni na horizontalno obtežbo, v glavnem reševalo na dva možna načina:

• Za leseno-steklene stenske elemente, ki so hkrati izkazovali tudi določeno stopnjo horizontalne nosilnosti in togosti ter seveda zakonsko predpisano minimalno vrednost toplotne izolativnosti, so uporabljali tri-slojno izolacijsko zasteklitev, ki se je fiksno pritrdila na leseni okvir z različnimi tipi adheziva in različnimi načini spajanja, (Ber B. Vpliv zasteklitve na horizontalno nosilnost in togost lesenih okvirnih stenskih elementov : doktorska disertacija. 2015; Premrov M., Ber B., Štrukelj A. Cyclic and shaking-table tests of timber- glass buildings. International journal of computational methods and experimental measurements. 2017; Štrukelj A., Ber B., Premrov M. Racking resistance of timber-glass wall elements using different types of adhesives. Construction & building materials. 2015; Premrov M., Žegarac Leskovar V., Mihalič K. Influence of the building shape on the energy performance of timber-glass buildings in different climatic conditions. Energy. 2016; Ber B., Finžgar G., Premrov M., Štrukelj A. On parameters affecting the racking stiffness of timber-glass walls. Glass structures & engineering. 2018; Frangež R., Ber B., Premrov M. Experimental and numerical investigations of timber-glass shear walls. V: VVCTE 2016 : Proceedings. World conference on timber engineering, 2016). Tako razvite stenske elemente, ki izkazujejo tudi mednarodno patentno rešitev, (Ber B. Tragendes Glaswandelement fOr leichte Holzbauten : CH707540 (B1), 2015-01-15. Bern: EPO, 2015) in ustrezni certifikat, sicer tudi že uporabljajo v določeni meri v projektantski in izvedbeni praksi, vendar pa je vseeno smiselno razmisliti o možnosti povečanja horizontalne nosilnosti in togosti takšnih elementov, ter hkrati ustrezno povečati tudi zvočno in toplotno odpornost takšnih lesenosteklenih fasadnih elementov.

• Razvili so sicer že tako-imenovane double-skin stenske fasadne elemente, pri katerih pa okvir elementa ali sploh ni bil lesen (Alibaba, H.Z., Mesut, B.O. Energy Performance and Thermal Comfort of Double-Skin and Single-Skin Facades in Warm-Climate Offices. Journal of Asian Architecture and Building Engineering/September 2016/642), ali pa sicer leseni DSF stenski elementi niso imeli nobene nosilne funkcije (Pomponi F., D'Amico, B.

Hohstic study of a timber double skin farade: VVhole life carbon emissions and structural optimisation. Building and Environment 124, 2017).

Obe navedeni izjemi, uporaba lesenega okvirja in hkratna uvedba funkcije nosilnosti, predstavljata torej v našem primeru novost na področju DSF sistemov in tako tudi inovativno vrednost našega izuma.

Bistvene prednosti izuma glede na v tehnologiji poznane in trenutno uporabne transparentne montažne stenske elemente ovoja stavbe so predvsem:

• Glede na razvite in mednarodno patentirane leseno-steklene stenske elemente s fiksno troslojno izolacijsko zasteklitvijo (številka patenta CH707540 (B1), 2015-01-15) je prednost v povečani horizontalni nosilnosti in togosti ter v povečani zvočni in delno tudi toplotni odpornosti predlaganega stenskega elementa, kar lahko bistveno poveča uporabo takšnih elementov v sodobni leseni gradnji in s tem tudi bistveno prispeva k povečanemu bivalnemu ugodju v tako zasnovanih objektih.

• Glede na že razvite double-skin fasadne elemente (Alibaba, H.Z., Mesut, B.O. Energy Performance and Thermal Comfort of Double-Skin and Single-Skin Facades in VVarmClimate Offices. Journal of Asian Architecture and Building Engineering/September 2016/642, Pomponi F., D Amico, B. Holistic study of a timber double skin fa?ade: VVhole life carbon emissions and structural optimisation. Building and Environment 124, 2017) je pomembna prednost predvsem v tem, da so za izum predlagani double-skin lesenostekleni fasadni elementi nosilni na horizontalno obtežbo, obstoječi poznani pa ne.

Izum je noviteta predvsem v pogledu, da napram sicer že razvitim DSF stenskim elementom poseduje tudi nosilno funkcijo, pri čemer pa ohranja svojo transparentnost, kar do sedaj še ni bilo razvito. Na izumu je posebno predvsem to, da predlagana rešitev omogoča hkratno povečanje tako konstrukcijske horizontalne nosilnosti DSF montažnega elementa, kakor tudi njegove zvočne in toplotne odpornosti, ki ju klasificiramo pod gradbeno-fizikalne parametre. Nobena od poznanih rešitev do sedaj ni zadostila tako konstrukcijskim kot gradbeno-fizikalnim parametrom hkrati.

Izum bo možno uporabiti za nosilne transparentne lesene okvirno-panelne stenske elemente v montažni leseni gradnji, tako v primeru novogradenj, kakor tudi v primeru energetskih in konstrukcijskih sanacij dotrajanih starih objektov. Izum bi bilo možno uporabiti na več področjih:

Na področju novogradenj več etažnih montažnih lesenih objektov, kjer lahko bistveno prispeva k povečanju horizontalne nosilnosti in togosti celotnega objekta; zlasti je to pomembno v spodnjih etažah, kjer so obremenitve na stenske elemente največje.

Na področju potresnih sanacij več etažne montažne lesene gradnje, kjer obstoječi klasični okvirno-panelni stenski element ovoja stavbe enostavno zamenjamo z v izumu predlaganim nosilnim DSF montažnim stenskim elementom.

• Lahko je uporaben tudi kot sestavni stenski element konstrukcijskih modularnih nadgradenj obstoječih objektov, s čimer lahko pridobimo pomembne nove tlorisne površine na obstoječem objektu.

• Možna je tudi uporaba v masivni (betonski in opečni) ter jekleni gradnji, pri čemer pa so izkoriščene v večji meri gradbeno-fizikalne lastnosti in v manjši meri mehanske lastnosti leseno-steklenega panela.

Slika 1 prikazuje pogled z notranje V1 in zunanje strani V2 nosilnega fasadnega montažnega lesenega stenskega elementa z dvojno zasteklitvijo, Slika 2 pa prikazuje shematski prikaz pritrditve notranje tri-slojne izolacijske zasteklitve in enoslojne zunanje zasteklitve na leseni okvir. Leseno- stekleni stenski element je sestavljen iz lesenega okvirja 1, notranjega izolacijskega steklenega panela-varnostna zasteklitev 2, adheziva ustreznega za struktuno povezavo lesa in stekla 3, pokrivne letve 4, lepljenega zunanjega varnostnega stekla 5, vremensko odpornega adheziva ustreznega za povezavo lesa in stekla 6, mehkega distančnika iz umetne mase 7 ter emajliranega roba stekla 8. Kot izolacijsko zasteklitev 2 na notranji strani lesenega okvirja 1 uporabimo tri-slojno zasteklitev, ki jo s poliuretanskim adhezivom 3 čelno pritrdimo na leseni okvir 1, na zunanji strani pa lepljeno varnostno steklo 5, ki ga z vremenskoodpomim strukturnim silikonskim adhezivom 6 prilepimo na leseni okvir 1

Na Sliki 2 je sicer prikazana pritrditev z debelino poliuretanskega adheziva 7 mm in silikonskega 3 mm, ki smo ju tudi eksperimentalno testirali, vendar sta to v bistvu variabilni vrednosti, ki smo ju nadalje tudi paramerično numerično analizirali s posebej za to razvitimi računskimi matematičnimi modeli stenskih DSF elementov.

Prav tako so lahko variabilne tudi izbrane debeline vseh zasteklitev, vendar so bili eksperimentalno preiskušeni le DSF stenski elementi z debelinami, prikazanimi na Sliki 2, ostale vrednosti pa s prej omenjenimi matematičnimi modeli parametrično računsko analizirane.

Claims (1)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Nosilni fasadni montažni leseni stenski element z dvojno zasteklitvijo, označen s tem, da na notranji strani lesenega okvirja (1) kot izolacijsko zasteklitev (2) uporabimo trislojno zasteklitev, ki jo s poliuretanskim adhezivom (3) čelno pritrdimo na leseni okvir (1), na zunanji strani pa lepljeno varnostno steklo (5), ki ga z vremensko-odpornim strukturnim silikonskim adhezivom (6) prilepimo na leseni okvir (1); pokrivna letev (4) zagotavlja pravilno in natančno namestitev adheziva (3) za pritrditev notranje tri-slojne zasteklitve (2), medtem ko mehki distančnik iz umetne mase (7) zagotavlja natančno namestitev vremensko odpornega adheziva (6) za pritrditev zunanjega lepljenega varnostnega stekla (5).