Üveg az építészetben előadás PANKHARDT Kinga főiskolai docens DE MFK Építőmérnöki Tanszék Építőanyagok Laboratórium kpankhardt@yahoo.com TARTALOM 1. Az üveg mint építőanyag 1.1 Hőtechnikai tulajdonságok 1.2 Mechanikai tulajdonságok 2. A tartószerkezet kialakítása 2.1. Hagyományos tartószerkezetek 2.2. Modern, filigrán tartószerkezetek 3. Pontmegfogásos szerkezetek 4. Esettanulmányok 5. Üveg hibák CRISTALL PALACE Joseph Paxton (1801-1865) 71540 m 2 Modern, mai építészet Kunsthaus, RAZ: 2000, Peter Cook and Colin Fournier Üveg az építészetben előadás, 2007 1
Az üveggyártás Üveg alapanyagai Üvegek fő alkotói (pl. boroszilikátüveg) Kvarc Bór-trioxid Nátrium-oxid Kálium-oxid Timföld SZILIKÁT képződés, 600-800 C: Na 2 CO 3 + SiO 2 fi Na 2 SiO 3 + CO 2 CaO + SiO 2 fi CaSiO 3 2NaSO 4 + C + 2SiO 2 fi 2Na 2 SiO 3 + 2SO 2 + CO 2 Az üveg viszkozitása viszkozitás: 450 500 C 500 550 C 550 600 C 675 725 C 650 1100 C Üveg az építészetben előadás, 2007 2
őrölt anyagok olvasztó tartály olvasztó tartály Mintázó hengersor Float és edzett üveg gyártása úsztató kád hőkezelés hőkezelő Float (sík) üveg gyártása Mintázott üveg Síküveg Mintázott üveg gyártása Tiszta homok 1700 C-on olvad Szódával (Na 2 CO 3 ) 850 C Üvegalapanyagokat 1100 C-ra hevítik Derítés Lágyulási hőmérséklettartomány Átalakulási pont 450-700 C Vágott él Élletörés, nem csiszolt Él letörés, csiszolt Polírozás Élmegmunkálás Többrétegű üveg gyártása Pankhardt K.: Fotóoptikai felvétel üvegtábla Felhevítés kb. 600 C Edzett üveg gyártása Hűtés hideg levegővel Edzett üveg Rétegelés (PVB fóliával) Fóliával laminált üveg készítése Nyomás, préselés Autoklávolás (hő+nyomás) Laminált üveg Üveg az építészetben előadás, 2007 3
Tervezési paraméterek Float üvegek v = 4,5,6,8,10,12,15,19,24 mm Táblaméret: 3210 6000 mm (Jumbo) Edzett üvegek Magyarországon: 2080 3800 (4 m felett 2004-től) Európában: 2440 5600 mm Járható üvegfelület, ragasztott edzett Átlagosan v = 30-37 mm, felépítés: min. 3 réteg, szélesség: kb. 1 m Pl.: 1 1 m, 3 10 mm üvegtábla súlya: 75 kg Követelmények Energetikai kívánalmak Fokozott terhelések, erőhatások Tűzvédelmi követelmények Optikai tulajdonságok Újrahasznosíthatóság, környezetvédelem -az adatok tájékoztató jellegűek, minden teherhordó üvegtábla statikailag méretezendő HŐTECHNIKAI TULAJDONSÁOK Az üveg hőtechnikai jellemzői ÁBRA k- tényező = hőátbocsátási tényező egyrétegű üvegezés (k ~ 5,4 W/m 2 K ) többrétegű üvegezés (k ~ 1,6 W/m 2 K ) NAPVÉDELEM színezett üvegek bevonatos üvegek alacsony k-értékű üvegek alacsony g-értékű üvegek W/m 2 K Üveg az építészetben előadás, 2007 4
Üvegház-hatás Az üvegszerkezetek hőátbocsátási tényezőjét befolyásoló tényezők Hőszigetelő üvegezés felépítése: Távtartó/légrés szélessége Légrést kitöltő anyag (levegő/gáz/egyéb) Üvegezés 2-3 ill. több rétegű Keretszerkezet anyaga Fóliázott felület az üvegezési rétegrenden belül Fólia optikai tulajdonságai (reflexió) Üveg összetevői (pl. színes üvegek) k-tényező Hőátbocsátási tényezőt befolyásoló paraméterek Konvekciós hőátbocsátási tényező Hőszigetelő üvegtábla felépítése Távolság a táblák között min. távolság Konvekció 2 üvegtábla között, levegő ill. különböző gáztöltéssel, változó távtartó méret esetén Üveg az építészetben előadás, 2007 5
g és k -érték (U-érték) hatása. Kísérleti üvegtáblán át érzékeltetve: -hőszigetelő üvegtáblák, eltérő: - g -ill. - k-értékkel. Hőátbocsátási tényezőt befolyásoló paraméterek Bevonatok hatása a k-tényezőre, variációk az elhelyezésére Vastagság (mm) Hővezetés g-érték Fény Áteresztés Fény Visszaverés kívül Energia visszaverés kívül Bevonat nélküli üveg low-e low-e Külső oldali Belső oldali bevonat bevonat Árnyékolási-tény. k-érték (W/m 2 K) Üveg bevonatolása Az üvegek színezése, bevonatolása Tél utcai irodaház (Budapest), 2002 Anyagában színezett (fémoxidok) Fémes (felületre gőzölt)bevontok Fóliás Színes lamináló gyanták Homokfúvás Savmaratással Homokfúvás+savmaratás Porcelán(keramikus)bevonatok Üveg az építészetben előadás, 2007 6
glass technology live Medical centre at Bad Elster glasstec/üvegek/színesüvegek Type of glass: BI-Combiset 18 mm laminated safetyglass made of 2 x semi-tempered BI-Hestral with printed transparent colours (variouscoloursand décor sequences) Architect: Behnisch & Partner, Stuttgart Artist: Erich Wiesner, Berlin lass construktion work: Solonia, Langenselbold Colorium Colorium HOMLOKZAT ÉPÍTÉS SZÜRKE KIKÖTŐBEN SZÍNES PATCHWORK A Coloriumszínes patchwork épület düsseldorfi kikötő szürke épületei között. Építészet: Alsop Architects, glasstec/düsseldorf/colorium1 glasstec/düsseldorf/colorium2 Üveg az építészetben előadás, 2007 7
Lexikon Bemutatóterem, Nappal: színesen beszűrődő fény-játék, Éjszaka: kifelé színes fények homokfúvott Amt für Abfallwirtschaft München Heiner Blum glass technology live Fényáteresztés: T: 50% -15% között változtatható g-érték: 36%-12%. glasstec/üvegek/elektrokrómüveg Üveg az építészetben előadás, 2007 8
VictoriaBüro ÁRNYÉKOLÁS Árnyélkolás: pl. irányított fény beesési szög KLIMA HOMLOKZAT MINTÁZOTT LAMALLÁK glasstec/düsseldorf/victoriabüro3 glass technology live üvegipari újdonságok Építészeti igényként előfordulhat olyan eset, amikor hajlított színes üvegre van szükség amelyet esetleg pontmegfogással kell rögzíteni (és ezáltal edzett üveget kellene használni). Azonban mind a hajlítás, mind az edzés erőteljesen átalakítja a floatüveg felszínét, amely ezáltal alkalmatlan lesz a jó minőségű színezésre. A kiállított modellen figyelemre méltó a táblák mérete is. glasstec/üvegek/összetettüvegek 1. glasstec/üvegek/hajlítottedzett színes üvegek Üveg az építészetben előadás, 2007 9
üvegipari újdonságok A megszokott alakú sík öntött üvegek mellett már megjelent egyfajta térbeli, íves formájú változat is. A lenyűgöző látvány és méret ellenére nem kell számítani a tömeges elterjedésre, hiszen nagy tömegű alkalmazás esetén elveszíti az egyébként szabadon alakítható domináns formát, továbbá problémás lenne belőle például hőszigetelő szerkezet készítése is. Energiatudatos építészet glasstec/üvegek/öntött íves üvegek Passzív energiahasznosítás Üveg az építészetben előadás, 2007 10
lascube Seestern Klímahomlokzat CUBE glasstec/düsseldorf/lascube1 Aktív energiahasznosítás ACADEMY MONT-CENIS, HERNE-SODINEN/FLABE SOLAR Legnagyobb napelemes üvegtetőlefedés:10,000m 2. Üvegezés: v= 8+6 mm Köztes hézag: napelemek+gyanta: 2mm Üvegezési egységek: kb. 3m 2, járható Üveg az építészetben előadás, 2007 11
BAYERISCHE LANDESBANK SAINT OBAIN LASS SOLAR 538m2 aktív napelemek által termelt 45,000 kwh. Integrálva: üvegezési rendszerben Tető, üvegfal, FLORIADE, SHELL-SOLAR 19,383 db napelem 26,110m2 tető felületen. Sir Norman Foster (OveArup and Partners). Épület irányítottságformáját Aerodinamikai tényezők, szélteher minimalizálása 6 automatizált fűtő/hűtő rendszer, páramentesítéssel. Üveg az építészetben előadás, 2007 12
Tűzvédelmi követelmények ARCHITECTS sauerbruchhutton architekten STRUCTURAL ENINEERIN Leonard Andräund Partner Fokozott terhelések, erőhatások ÉPÍTÉSZ sauerbruchhuttonarchitekten SZERKEZETÉPÍTŐ LeonardAndräund Partner Függ: az üvegtábla vastagságától minőségétől a fény beesési szögétől Optikai tulajdonságok Ütésállóság olyóálló üvegezés k-tényező Energetikai kívánalmak Újrahasznosíthatóság, környezetvédelem Mechanikai tulajdonságok Rugalmasságimodulus (E) 7,2 10 4 N/mm 2 Nyírásirugalmasságimodulus () 3,0 10 4 N/mm 2 100%-osan újrahasznosítható, minőség romlás nélkül elméletileg végtelenszer Poisson-tényező 0,22 Hőtágulásitényező 88 10-7 1/ C Sűrűség 2,5 g/cm 3 Névleges hajlítószilárdságok Normálsíküveg 40-45 N/mm 2 Hőkezeltüveg 80-90 N/mm 2 Edzettüveg 140-170 N/mm 2 Üveg az építészetben előadás, 2007 13
Edzett és hőkezelt üvegek Kémiailag kezelt üveg Hőkezelt üveg Edzett üveg -nyomás, húzás + Edzett üveg jellemzői Feszültség eloszlás, edzett üvegben Törésképek, a) Normál üvegek, b) hőkezelt üvegek, c) edzett üvegek Jelenség bemutatása Üveg az építészetben előadás, 2007 14
Laminált, többrétegű üvegek Ragasztóanyag: -gyanta -fólia Edzett és hagyományos float üveg vizsgálata Rákosy Üveg Kft. termékei BME Építőanyagok és M. Tsz.-en Pankhardt Kinga- Dr. Salem. Nehme TÖRÉSKÉPEK YAKORLATI MEVALÓSULÁS Edzett és laminált üveg vizsgálata Rákosy Üveg Kft. termékei BME Építőanyagok és M. Tsz-en Pankhardt Kinga - Dr. Salem. Nehme Üveg az építészetben előadás, 2007 15
Szilárdság-Tartósság 2. A tartószerkezet kialakítása Polírozott él mikroszkopikus hibája, repedése Az üveg építészeti alkalmazása FÉNYJÁTÉK (reflexiós üvegek alkalmazása) ÚJ TÖREKVÉSEK: transzparencia, áttetszőség ( víztiszta üvegek alkalmazása) a tartószerkezet elrejtése, filigrán, könnyed megjelenés riffith-féle repedések, az üvegfelület kilúgozódása, kültérben Teherhordó szerkezeti rendszer I. Fő támasztó szerkezet I. Fő támasztó szerkezet II. Köztes támasz III. Mechanikus rögzítés IV. Az üveg Oszlop-gerenda Oszlop Rácsos tartórendszer merev kötélrendszer félmerev kötélrendszer lágy (elmozdulást engedő) kötélrendszer Üveg az építészetben előadás, 2007 16
2.1. Hagyományos tartószerkezetek HAJLÍTOTT SZERKEZETEK (OSZLOP-ERENDA) Merev támaszrendszer Rugalmas támaszrendszer függőleges bordázat oszlopok rácsos-tartók kombinált: oszlop-gerenda JamesSTIRLIN Új Képzőművészeti aléria, Stuttgart 1979-1984 Üveg az építészetben előadás, 2007 17
MEO (Budapest), 2001 Hajlításra igénybevett tartók 2.2. Modern, filigrán tartószerkezetek HÚZOTT (NYOMOTT) ELEMEKBŐL (KÖTÉLSZERKEZETEK) feszítőmű -épületen belül -homlokzatot közrefogó -homlokzaton kívül födémhez rudakkal merevített homlokzat lágy homlokzat (elmozduló) Üveg az építészetben előadás, 2007 18
Feszítőművek fajtái Sika-Irodaház Reptér Köln/Bonn Belső udvar lefedés (Irodaház, Stuttgart) Lágy homlokzat, transzparencia, Dresda egyetemi épület IN Bank üvegszerkezetei SZÓRAKOZTATÓ CENTRUM PASSAE LEFEDÉS, STUTTART, MARITIME Üveg az építészetben előadás, 2007 19
Pontmegfogásos szerelvények edzett üvegekhez FURATLYUKON TERHELT ÜVEEK TEHERBÍRÁS VIZSÁLATA Iroda épület Zsigmond tér Töréskép: edzett üvegek Üveg az építészetben előadás, 2007 20
I. Pontmegfogásoknál alkalmazott üvegek A felhasznált üveg lehet: Egyrétegű vagy többrétegű laminált Hőszigetelő Teherbíró üvegezéshez csak edzett üveg használható Feszültségeloszlás az edzett üvegben felületi feszültség: 140-170 170 MPa belső feszültség: felületi/2 Az üvegben lévő feszültség függ: Az üveg alakjától Az erő fajtájától (koncentrált, megoszló), nagyságától, időtartamától, terhelési sebességétől A megfogás típusától Megfogók számától, helyzetétől A lyuk méretétől, fajtájától, minőségétől Teherátadó anyag tulajdonságaitól Üvegfajta ÖNORM B3721 N/mm 2 EN Fejfeletti üvegezésnél (vízszintes) N/mm 2 EN Függőleges üvegezésnél N/mm 2 DIN 1249 1. és 10. rész N/mm 2 II. Köztes támasz Ablaküveg (floatüveg) Öntött üveg (ornamensüveg, dróttal erősített ornamensüveg, csiszolt üveg) Húzott oldalán bevonatos 1 rétegű edzett üveg 30 (12) 20 (8) 50 (20) 12 8 50 18 10 50 30 50 A köztes támasz közvetíti a terheket a mechanikus rögzítésről az elsődleges tartószerkezetre 1 rétegű edzett üveg 30 30 Többrétegű üveg ablaküvegből 30/rétegszám 15 Többrétegű üveg ablaküvegből 25 Többrétegű üveg edzett üvegből 50/rétegszám Hőkezelt üveg 40 Az üveg tervezési szilárdságai. 60 o feletti hajlásszöget figyelembe véve. ()-ben a 60 o alatti értékek Üveg az építészetben előadás, 2007 21
III. Mechanikus rögzítés A mechanikus rögzítés feladata: Az üveg tartása Az üveg önsúlyának és a rá ható oldalirányú erőknek az átadása a köztes támaszra Nyírt kapcsolat Csuklós kapcsolat Súrlódásos kapcsolat Surlódásos kapcsolat Csuklós kapcsolat Nyírt kapcsolat Pontmegfogók fajtái, rögzítésük Beltéri üvegszerkezetek Fővárosi Ügyészség, Üvegporta Üveg az építészetben előadás, 2007 22
resham Palota, 2003 tetőablak Tartószerkezeti hierarchia Harmadlagos tartószerkezetek Másodlagos tartószerkezetek Elsődleges tartószerkezetek Nagyméretű edzett üveg: 2390 3563 mm Harmadlagos tartószerkezetek Harmadlagos tartószerkezet Vertikális elemek : Üveg homlokzat, Beltéri üvegezések pl. üvegfalak stb. Horizontális elemek : Üveg födém Üveg lépcsőfok stb. Üveg az építészetben előadás, 2007 23
Kossuth-híd Járható üvegfödém 20 m 2 Járható üvegfödém tervezési segédlet Négy oldali alátámasztás esetén resham-híd Üveg járófelületű kötéllel aláfeszített híd Fesztáv: 10 m Másodlagos tartószerkezet Üveg az építészetben előadás, 2007 24
5. üveg a düsseldorfi építészetben Stadttor 5. üveg a düsseldorfi építészetben Stadttor REFLEXIÓ ÁTRIUM-HÁRTYA PONTMEFOÁSSAL, HÁROM SZINTENKÉNT MEREVÍTVE TRANSZPARENCIA glasstec/düsseldorf/stadttor2 glasstec/düsseldorf/stadttor3 Elsődleges tartószerkezeti elemek üvegből Sándor Palota, Budapest, 2002 Üveg gerendák Üveg oszlopok, pillérek Üveg az építészetben előadás, 2007 25
Z Lineáris szám ítás Eset : ST1 E (W) : 7,44E-10 E (P) : 7,44E-10 E (ER) : 8,03E-11 Komp. : er [mm ] Persp. : Y X 0 0 4,7 0 4,6 6,1 8,4 0, 45 0 8,8 6,1 4,6 8,3 10,1 8,6 0,4 5 9,9 6,0 4,5 8,1 8,5 9,8 8,1 8,5 0 0 9,7 3,8 6,0 3,7 6,0 2,3 3,7 2,3 6,1 3,7 1,1 2,3 3,7 0,6 1,1 2,3 0,3 0,7 3,7 1,1 0,1 0,3 2,3 3,8 0,7 0 0,1 1,1 0,3 2,3 0 0,7 0,1 1,1 2,3 0,3 0 0,7 0,1 1,1 0,3 0 0,7 1,1 0,1 0,3 0,6 0 0,1 0,3 0 0,45 0 4,6 0 0,1 4,6 8,1 8,5 9,8 4,7 8,3 8,6 0,45 6,1 9,9 8,4 8,8 10,1 er[mm ] 10,1 9,8 9,4 9,0 8,7 8,3 8,0 7,6 7,2 6,9 6,5 6,2 5,8 5,4 5,1 4,7 4,3 4,0 3,6 3,3 2,9 2,5 2,2 1,8 1,5 1,1 0,7 0,4 0 előadó: Pankhardt Kinga főisk. docens Védő réteg Teherviselő réteg Sándor Palota, tervezés 7,2 3,2 m resham Palota, tervezés Járható üveg felépítése 0,45 0,4 5 resham Palota, 2002 Mezzanine bálterem resham Palota, 2002 Mezzanine bálterem Tetőüveg ~4,4 1,5 m 15/14/2 6 mm Üveg az építészetben előadás, 2007 26
Erzsébet tér medence, Budapest, 2002 Üveg oszlopok, pillérek DEBRECENI EYETEM ARÁRTUDOMÁNYI CENTRUM MŰSZAKI KAR ÉPÍTŐMÉRNÖKI TANSZÉK TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI KONFERENCIA 2007 NOVEMBER 26. Síklapokkal határolt összetett keresztmetszetű oszlopok Üvegoszlop jellemzői: Különleges elsődleges üveg tartószerkezet - különálló oszlopok - általában 3 réteg edzett üveg - fóliával laminálva - befogási kapcsolatokkal - Teherbírása: 50 tonna Adminisztrációs Központ, Saint ermain (Laminates lass News, 2004) Ádámkó Erzsébet: Teherbíróüvegszerkezetek, Üveg oszlopok Üveg az építészetben előadás, 2007 27
Üveghibák ÜVEHIBÁK Nikkel-szulfidos zárványok Hőmérséklet változás okozta törés Hőfeszültség Illesztések, dilatációs hézag Szerkezeti elemek korróziója Kémiai korrózió Anyagok összeférhetetlensége Nikkel-szulfidos zárványok, az üveg anyaghibája Hőmérsékletváltozás okozta törés Megoldás: heat-soak teszt Megoldás: Pl. Kisebb lokális érintkezési felületek Üveg az építészetben előadás, 2007 28
Hőfeszültség Tömítések Megoldás: Edzett és hőkezelt üvegek alkalmazása, rugalmas tömítők Üvegezés és támaszok a) síkbeli, b) és d) merőleges Erő átvitel helye, a) és c) él mentén b) és d) furatlyukon át Tömítési problémák Illesztések, dilatációs hézag Megoldás: üveg-fém találkozásoknál tömítőanyag használata, beépítésnél ne feszüljön a keretszerkezetben MODEM, Debrecen 2007 Üveg az építészetben előadás, 2007 29
Szerkezeti elemek korróziója Kémiai korrózió Megoldás: pl. rendszeres takarítás Megoldás: pl. helyes lábazati kialakítás, alumínium profilok, korrózióvédelem Anyagok összeférhetetlensége Megoldás: Műszaki útmutatók szem előtt tartása Beltéri üvegszerkezetek Üveglépcső TERVEZÉSI Hibák PVB-szilikon találkozásánál sárgás elszíneződés Üveg az építészetben előadás, 2007 30
Beltéri üvegszerkezetek Üveglépcső -Hibák Kitekintés üvegipari újdonságok üvegipari újdonságok Több cég is bemutatta azt a dekorációs technológiát, mely általános tetszést aratott: két üvegréteg közé rendkívül vékony vezetőket és LED-eket integrálnak, amely dekoratív és egyben eddig még sosem látott hatást eredményez. A vezetékek legfeljebb merőleges nézetből látszanak, míg célszerűen és gazdaságosan valamilyen raszterben lehet elhelyezni a világító pontocskákat. Mintha a jövőből érkezett volna a holopro nevű rendszer. Két üvegréteg közé általában transzparens holografikus elemeket építenek be. Erre a felületre speciális projektorral képeket, videókat vetítve három dimenziós látványokat kapunk. glasstec/üvegek/világítóledek glasstec/üvegek/összetettüvegek 4. Üveg az építészetben előadás, 2007 31
Többrétegű bevonatok, irányított fénytörés Egyéb (építési) üveg termékek Üvegszál erősítésű betonok Üvegszál(szövet) erősítésű műanyagok / kompozitok lasscrete, üvegbeton habüvegek stb. Összefoglalás Üveggyártás technológiai fejlődése Növekvő üveg felhasználási igény Üveg anyagtulajdonságainak ismerete Üveg teherbíróvá tétele Helyes szerkezeti kialakítás Kísérletek végzése a hiányzó ismeretek bővítésére Irodalom Balázs yörgy: Építőanyagok és kémia» 28-29. old.» 63-65. old.» 85-87. old.» 387-406. old.» 602. old. Pankhardt Kinga: Az üveg tartórendszerek fejlődése, Alaprajz 5 sz. 2000. Pankhardt Kinga: Különleges üveg tartószerkezetek a magyar építőiparban, Építőanyag 55 évf. 2003. 3.szám 106-111. o. Pankhardt Kinga -ordon Pál: Járható üvegfödémek Magyarországon, Interglass Üvegipari szövetség folyóirata 2002. 2 évf. 1sz. 8.o. Pankhardt Kinga Dr. Balázs L.y,: Loadbearing glass structrures, Periodica Polytechnika, 2004. 48/1-2. pp. 157-172. Üveg az építészetben előadás, 2007 32
Üveg az építészetben PANKHARDT Kinga okl. építőmérnök mob.: 06/30-444-88-75444-8888-75 Üveg az építészetben előadás, 2007 33