Specifika návrhu ocelových prosklených fasád a světlíků z ocelových profilů JANSEN

V posledních dvaceti letech se stala oblast prosklených fasád a světlíků dominantou pro hliníkové konstrukční systémy. Jsou ovšem určité typy konstrukcí, kde se s velkou výhodou uplatní profily ocelové. Kromě oblasti obnovy historických (památkově chráněných) objektů s ocelovými výplněmi jsou to především staticky náročné prosklené konstrukce, kde se plně využijí pevnostní charakteristiky oceli. Cílem příspěvku je ukázat konstrukční možnosti ocelového profilového systému JANSEN při návrhu a realizaci fasádních a světlíkových konstrukcí v běžném izolovaném i protipožárním provedení.

Co je to ocelový profilový systém JANSEN?

Systém profilů (v tomto případě ocelových nebo nerezových), těsnění, izolátorů, kování a dalšího příslušenství pro výrobu oken, dveří, stěn, fasád, světlíků a požární uzávěrů. Jedná se variantu k několika desítkám typů hliníkových systémů na našem trhu. Kvalitativně se jedná rovnocennou alternativu. Profily se vyrábí přímo v areálu švýcarského výrobce - firmy JANSEN. Veškeré zkoušky a certifikace probíhají dle evropských norem, protipožární konstrukce jsou certifikovány českou akreditovanou laboratoří a autorizovanou osobou.

Proč ocel?

Každý z materiálů používaných v oblasti výplní otvorů má své přednosti ale také nevýhody. Proč tedy použít ocel?

Pevnostní charakteristiky.

V prvé řadě je jedná o materiál s nejvyšší mezí kluzu a modulem pružnosti v oblasti výplní otvorů. Modul pružnosti je trojnásobný proti hliníku. Pokud se plně využijí tyto vlastnosti, lze navrhnout velmi štíhlé a přitom spolehlivé a bezpečné konstrukce. Často se hlavně u prosklených střech dostáváme do rozměrů, při kterých použití jiného materiálu než oceli vede k nutnosti návrhu pomocné nosné konstrukce. Samozřejmostí je možnost návrhu fasád s minimem profilů - tedy s tabulemi skla o velké ploše.

Tepelná roztažnost.

U velkoplošných konstrukcí hraje významnou roli další z parametrů oceli - tepelná roztažnost. Ta je přibližně stejná jako roztažnost skla a betonu, tzn. kombinace těchto tří materiálů nečiní žádné velké obtíže při posuzování tepelné roztažnosti. Naproti tomu roztažnost např. hliníku je dvojnásobná proti oceli. To se samozřejmě musí v návrhu konstrukcí zohlednit.

Rekonstrukce historických a památkově chráněných objektů.

U těchto typů objektů bývá obvykle požadavek na materiál přesně specifikován památkovým ústavem. Při rekonstrukci ocelových oken je tedy nutné použít opět ocelové profily. Pochopitelně musí taková okna splňovat nejen požadavky na pohledové šířky (co možná nejvíce se přizpůsobit původní konstrukci), ale zároveň splnit parametry dnešních požadavků na stavební fyziku.

Protipožární charakteristiky.

V oblasti nenosných (výplňových) konstrukcí je ocel optimální materiál jak na požární uzávěry, tak pro požární fasády a světlíky. U fasádních a světlíkových protipožárních konstrukcí se samotné ocelové profily nijak neupravují proti běžnému nepožárním provedení, u dveřních uzávěrů dochází k osazení vnitřních protipožárních vložek, které však na pohledové vlastnosti nemají žádný vliv. Proto v případě ocelových protipožárních konstrukcí není žádný rozdíl v pohledových šířkách jak z interiérové tak z exteriérové strany. To umožňuje velmi variabilní kombinace nepožárních a požárních ploch i v rámci jednoho konstrukčního celku (např. požární pásy prosklených fasád).

Extrémně namáhané a frekventované dveřní konstrukce.

Zkušenosti z posledních 15 let ukázaly, že určité typy dveřích konstrukcí s vysokou frekvencí používání vyžadují velmi tuhá křídla. Jedním z takových typů konstrukcí jsou "banální" dveře do bytových resp. panelových domů. Tuto skutečnost potvrzují mnohé výměny relativně nových dveří z "měkkých" materiálů, které však vlivem specifického užívání obzvláště u panelových domů vykazují po velmi krátké době závažné vady.

Hlavní skupiny profilů.

Z hlediska druhů jednotlivých profilů lze celý systém rozdělit na čtyři velké skupiny:

ECONOMY - neizolované dveřní a okenní systémy bez přerušeného tepelného mostu. Profily se uplatní zejména pro interiérové konstrukce - dveře, příčky.

JANISOL - izolované dveřní a okenní systémy s přerušeným tepelným mostem. Použití zejména na vnějším plášti budovy - okna, dveře, výkladce, stěny menších rozměrů.

Economy - neizolované

Janisol - izolované

Janisol 2 EI 30 - protipožární

VISS - fasáda

VISS - izolované fasádní systémy pro velkoplošná zasklení. Ze systémů VISS lze navrhovat vertikální fasády, zimní zahrady, prosklené střech a samonosné konstrukce obecného tvaru (válcové střechy, pyramidy, kopulce, zborcené plochy, fasády atypického tvaru). Fasády i světlíky jsou certifikovány i v protipožárním provedení až do odolnosti EI 90.

PROTIPOŽÁRNÍ SYSTÉMY - pro uzávěry a stěny požárních odolností EW 15-90 a EI 15-90 (stěny až EI 120). Maximální certifikované rozměry a sortiment použitelných skel a panelů naleznete v českém katalogu protipožárních systémů.

Prakticky každá skupina ocelových profilů má svoji variantu v nerezovém provedení. Součástí celého systému je úplný sortiment příslušenství a kování (včetně antipanikového). Dveřní konstrukce jsou (vzhledem k možnostem ocelového materiálu) odzkoušeny i na kombinace zvláštních požadavků např. požáru, vloupání, průstřelu, akustických vlastností apod.

Návrh fasádních konstrukcí a střech.

Základní nosné fasádní profily Jansen VISS jsou ocelové uzavřené profily se specifickou drážkou pro uchycení nosných kotev a izolátorů. Tyto profily jsou vyráběny z běžné konstrukční oceli S 235. V katalozích profilů JANSEN jsou u všech profilů uvedeny průřezové charakteristiky. Návrh nosného rastru fasádní konstrukce je tedy záležitost statického posouzení a optimalizace pro konkrétní konstrukci. Standardní sortiment fasádních profilů VISS zahrnuje profily s pohledovou šířkou 50 a 60 mm a hloubkou profilů od 50 do 150 mm s tloušťkou stěny od 2,0 do 2,75 mm. Tyto profily jsou dostatečné pro fasádní stěny konstrukčních výšek cca 6 m, resp. sedlových světlíků do rozpětí asi 10 m (záleží na rastru konstrukce a zatížení větrem a sněhem).

Zesílení systémového profilu

Personal profiles "namíru"

Pokud z důvodů zatížení nebo velkých rozměrů nejsou standardní profily staticky dostatečné, lze poměrně jednoduše (a levně) tyto profily zpevnit. Pro zpevnění se použije běžná pásová ocel, která se vloží do dutiny profilu (viz. obrázek) a bodově provaří se základním profilem. Tímto způsobem lze nosnost profilů několikanásobně zvýšit. Pokud ani takové zpevnění není dostatečné (např. pro střechy velkých rozponů), lze jako základní nosný profil použít specificky navržený profily typu "personal profiles". Jedná se o laserem svařované profily z plechů tloušťky 5 - 30 mm. Díky technologii svařování se jedná o absolutně ostrohranné profily, které se základními rozměry mohou zcela shodovat se základními profily VISS, ale díky tloušťce stěny mají daleko vyšší únosnost. Tyto typy profilů se vyrábí na zakázku a variabilita tvarů je prakticky neomezená. Limity velikosti profilů (viz. obrázek) jsou šířka 50 - 200 mm, hloubka 50 - 1000 mm! Důležitou součástí návrhu konstrukce je optimální návrh typů styčníků a bodů kotvení. Jelikož fasádní profily VISS lze spojovat jak spojovníky tak svarem, lze využít svarového spoje, který zajišťuje podstatně vyšší tuhost konstrukce a tím otevírá cestu k optimalizaci velikosti profilu. Velkou pozornost je nutné věnovat detailům kotvení profilů. Pokud se podaří zajistit tuhé ukotvení do základu (běžné je kotvení kloubové), lze opět výrazně optimalizovat velikost profilu. Jelikož se fasáda většinou dimenzuje na 2. mezní stav, tj. deformace, má právě detail kotvení na průhyby fasády velký vliv.

Závěr

Na současném trhu výplní otvorů zaujímá ocel jen malou část objemu těchto výrobků, ale vzhledem k vlastnostem a možnostem tohoto materiálu se jedná o velmi zajímavé konstrukce. Navíc lze díky oceli vyřešit spoustu konstrukčních detailů jednoduše a čistě. Proto již ve fázi zrodu projektu stojí za to se nad návrhem dveří, fasád a střech zamyslet i z hlediska použitého materiálu.