Комплексные испытания моделей фасадных систем

при проектировании уникальных высотных зданий.

 

НИИСФ РААСН в качестве ведущего научно-исследовательского института и экспертного базового центра России по решению проблем строительной физики, долговечности и экологии строительной продукции имеет опыт осуществления научно-технического сопровождения при проектировании сложных фасадных конструкций уникальных зданий еще на стадии предпроектных предложений.

Задача НИИСФ РААСН состоит в том, чтобы получив объективные научные знания в ходе проведения комплексных испытаний элементов предлагаемых фасадных конструкций, адаптировать их к условиям района строительства и без изменения архитектурной концепции предложить такие энергоэффективные технические решения, которые позволили бы создать архитектурное сооружение, достойное России XXI века.

Алгоритм научно-технического сопровождения по проектированию высотного здания выбирается с таким расчетом, чтобы охватить решение возникающих проблем на самых ранних стадиях проектирования фасадной конструкции, начиная от нормативного документа, как основы для разработки проекта и его согласования, так и до составления технических условий на изготовление элементов фасадной конструкции и всей системы в целом.

Основой для разработки проектной документации, ее базисом, являлись такие документы, как ГОСТы, СНиПы, Своды правил, в которых содержали конкретные технические параметры, определяющие надежность и безопасность любой конструктивной системы, в том числе зданий и сооружений. Однако после принятия Федерального закона от 27.12.2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании» СНиПы, и своды правил по проектированию перешли из разряда обязательных к применению документов в рекомендуемые, что создало в Российской Федерации правовой вакуум при проведении государственной экспертизы проектов всех уникальных для России зданий высотой свыше 100 метров.

До 01.04.2008г. Главгосэкспертиза РФ, за исключением Мосгосэкспертизы, отклоняла представляемую на рассмотрение проектную документацию, ссылаясь на отсутствие нормативных технических документов, позволяющих оценить качество принимаемых технических решений.

В 2007 году НИИСФ РААСН в соответствии с Федеральным законом от 27.12.2002 г. №184-ФЗ разработал нормативный документ – стандарт организации (СТО) «Здания высотой свыше 150 метров. Общие технические условия», который в дальнейшем был рекомендован Техническим комитетом 465 «Строительство» Федерального агентство по техническому регулированию и метрологии для разработки специальных технических условий на здания высотой более 150 метров. (Рис.2)

Рис.2. Стандарт ОАО «Общественно-деловой центр «Охта»

«Здания высотой свыше 150 метров. Общие технические условия»

 

Уникальность объектов строительства вообще и высотных зданий в частности основана на принимаемых конструктивных решениях и выразительном, а может и исключительном, внешнем облике, делающим эти здания или сооружения непохожими на другие, например: здание главного корпуса МГУ на Воробьевых горах, Эйфелева башня в Париже, «Огурец» Swiss Re Нормана Форстера в Лондоне.

Фасад - не только архитектурное лицо современного высотного здания, но и сложная конструктивная система, определяющая и создающая безопасные и комфортные условия пребывания находящихся в здании людей. При проектировании и эксплуатации светопрозрачных ограждающих конструкций в качестве фасадных систем должны учитываться такие требования, как прочность, безопасность, долговечность, энергоэффективность применяемых материалов и изделий. А для того, чтобы уверенно перейти от архитектурной концепции к разработке рабочей документации на изготовление и монтаж фасадной конструкции, необходимо проведение комплексных испытаний, результаты которых как раз и позволят определить качественные и количественные показатели перечисленных выше требований, дающих возможность строительства объекта, отвечающего или превосходящего лучшие мировые образцы.

Именно по такому пути идет НИИСФ РААСН, предлагая на основе анализа и сопоставления российских и зарубежных стандартов, нормативов и технических критериев, предъявляемых к фасадным конструкциям высотных зданий, в случаях, когда есть несоответствия между ними, применять наиболее строгие требования.

С учетом этого разрабатывается комплексная программа испытаний натурных моделей фасадной конструкции и ее фрагментов на определение теплотехнических, прочностных характеристик, огнестойкости, долговечности, включая испытания на определение электрического сопротивления фасада и соединение с заземлителем (Рис. 3, 4, 5, 6, 7, 8).

Комплексность этой программы состоит в том, что за короткий срок проводятся испытания образцов по всем показателям, характеризующим работу конструкции в реальных условиях эксплуатации будущего здания.

Основное внимание при этом обращается на проведение теплофизических испытаний и испытаний по определению условного срока эксплуатации предложенной ограждающей конструкции.

Наличие в НИИСФ РААСН уникальной теплофизической камеры КТК-2007, не имеющей аналогов в Российской Федерации, позволяет выполнять работы по испытанию фасадных конструкций для высотных и уникальных зданий для всех климатических условий России.

Технические характеристики КТК-2007:

диапазон восприятия температуры

в «теплом» отделении от 18 ⁰С

в «холодном» отделении от 0 ⁰С до -45⁰С

нестабильность поддержания

температуры не превышает + 1,0 ⁰С

габаритные размеры, м 4,0 х 4,0 х 4,0

диапазон воспроизведения

относительной влажности от 30% до 98 %

нестабильность поддержания

относительной влажности не превышает + 5,0%

 

Одним из важнейших технических требований к элементам фасадной конструкции высотных зданий является долговечность, которая должна составлять не менее 50 условных лет эксплуатации.

Для оценки долговечности материалов, применяемых для конструкций здания, НИИСФ РААСН впервые в России разработал и внедрил оригинальные лабораторные методы, основанные на оценке изменений характерных показателей старения под воздействием циклических нагрузок, имитирующих влияние различных климатических факторов при эксплуатации изделий. Сущность этих методов заключается в проведении ускоренных лабораторных испытаний циклическими воздействиями переменных положительных и отрицательных температур, влажности, ультрафиолетового облучения и слабоагрессивных химических сред (растворов).

 

Рис.3. Фрагмент образца наружного слоя остекления с установленными

датчиками температуры и теплового потока

 

Рис.4. Испытания на сопротивление ветровой нагрузке, водонепроницаемость, воздухопроницаемость

Рис.5. Испытания на определение предела огнестойкости

 

Рис.6. Испытания на определение предела огнестойкости

узлов примыкания

 

Рис. 7. Камера «соляного» тумана BCX2000 для испытаний на долговечность

 

Рис. 8. Универсальная испытательная машина Zwick Z005 и маятниковый копер HIT5P для испытаний на долговечность

Для этого разработаны методики проведения указанных испытаний, подготавливается стендовое испытательное оборудование для тестирования натурных экспериментальных моделей, специально изготавливаемых по разработанному и согласованному с заказчиком, управляющей компанией, генеральным проектировщиком, фирмой-изготовителем и испытательными центрами техническому заданию.

Осуществляется постоянный контроль и координация работ по проектированию и изготовлению экспериментальных образцов, а также по транспортировке и монтажу этих изделий в испытательные центры.

Результаты данной работы позволяют спроектировать и изготовить оптимальные модели фасадной конструкции, необходимые для проведения испытаний при моделировании условий эксплуатации высотного здания в заданном районе строительства.

Успешное решение любой сложной инженерной задачи во многом возможно только при комплексном подходе, основанном на ранее накопленных знаниях, подкрепленных научными исследованиями и экспериментами.

Иллюстрацией этому может служить такой факт, что специалисты фирмы-изготовителя моделей фасадной конструкции одного из уникальных высотных зданий, имеющей огромнейший опыт проектирования, изготовления и монтажа фасадных систем уникальнейших зданий в Европе, Азии, Австралии, Северной Америке, впервые столкнулись с российскими требованиями, более жесткими по сравнению с европейскими, особенно, что касается теплотехнических характеристик конструкции и долговечности применяемых материалов и изделий. И только результаты проводимых комплексных испытаний дают возможность определить правильность предлагаемых технических решений для климатических условий России.

Считаем, что именно такой подход при определении принципиальных технических решений фасадных конструкций должен предшествовать работам по проектированию безопасных и комфортных уникальных высотных зданий и сооружений.