Wyzwania techniczne związane ze szkłem dla budynków megawysokich

Zastosowanie szkła do budynków megawysokich (tj. drapaczy chmur o wysokości ponad 600 metrów, ang. megatall) często jest postrzegane za oczywiste pod względem funkcji technicznych. Jednak zaawansowane technologicznie szklenie o wysokiej wytrzymałości, które stosuje się w nowoczesnych, megawysokich budynkach, takich jak Burj Khalifa w Dubaju, jest równie ważne dla wydajności budynku, jak stal i beton.

Jeśli chodzi o megawysokie konstrukcje, głównymi wyzwaniami są obciążenia wiatrem, różnice temperatury i wysokości oraz kondensacja.

W pobliżu ziemi wiatr jest ograniczany przez drzewa i inne budynki, ale gdy budynek wznosi się bardzo wysoko, te ograniczenia znikają. Budynek jest wystawiony na pełną, nieograniczoną siłę wiatru.

Inne główne czynniki to światło i ciepło. Wysokie budynki, ze względu na ich ogromną wewnętrzną masę cieplną, zazwyczaj potrzebują ciągłej klimatyzacji, nawet w chłodniejszych miesiącach roku. Klimatyzacja to największy koszt energii w drapaczu chmur. Megawysokie budynki stanowią wyjątkowe wyzwanie: nie tylko mają wysoką wewnętrzną masę cieplną, ale bardzo duża część ich ogólnej wielkości znajduje się wysoko nad sąsiadującymi budynkami, więc nie ma niczego, co mogłoby osłonić je od słońca. Większość z nich znajduje się w pustynnych regionach Bliskiego Wschodu, Afryki i Azji Południowo-Wschodniej.

Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawę, poszycie megawysokich budynków jest obecnie prawie w całości szklane, przy czym szczególną wagę przykłada się do wysokich i szerokich tafli szkła, aby zapewnić jak najbardziej niezakłócone widoki. Wyzwanie polega na tym, że te duże szyby muszą być niezwykle wytrzymałe, aby wytrzymać duże siły wiatru i muszą być zaprojektowane w taki sposób, aby zrekompensować ogromną ilość światła, które wpuszczają do budynku, aby poprawić komfort jego użytkowników.

Wyzwania specyficzne dla budynków megawysokich

Otoczenie

Warto wziąć pod uwagę otoczenie budynku, a w przypadku Burj Khalifa i Jeddah Tower, lokalny pustynny klimat. Okoliczne obszary megawysokich budynków, takie jak wzgórza i inne budynki, w rzeczywistości pochłaniają większość intensywnego ciepła w ciągu dnia, ale nadal promieniują lub emitują to ciepło do otoczenia w nocy. Szkło niskoemisyjne (Low-E) pomaga odbijać promieniowanie długofalowe i minimalizować jego transmisję. Właśnie dlatego jedną z najlepszych opcji jest stosowanie szkła niskoemisyjnego (takiego jak Guardian SunGuard Neutral 60).

Lokalny klimat tych gorących, wilgotnych, pustynnych regionów — przy temperaturze sięgającej nawet 50°C w ciągu dnia — stanowi prawdziwe wyzwanie dla szkła pod względem naprężeń i odkształceń, ale również potencjalnych problemów z kondensacją.

Większość ludzi nie zdaje sobie sprawy z tego, jak popularne jest szkło niskoemisyjne na Bliskim Wschodzie i dlaczego należy je stosować. Ogólnie rzecz biorąc, ludzie uważają, że szkło niskoemisyjne jest używane tylko w niskich temperaturach. Jednak koncepcja blokowania i odbijania pośredniego ciepła w nocy i w ciągu dnia nie jest brana pod uwagę przez większość ludzi.

Kondensacja

W przypadku megawysokich budynków zawsze istnieje ryzyko wystąpienia kondensacji na zewnętrznej szybie (na zewnątrz). Jest to spowodowane różnicą temperatur pomiędzy zewnętrzną częścią budynku (która jest bardzo gorąca i wilgotna latem), a temperaturą wewnętrzną (klimatyzacja).

Zastosowanie szyby o niskiej emisji jako szyby wewnętrznej może pomóc zapobiec przenoszeniu zimna z wnętrza budynku na szybę zewnętrzną, podczas gdy obróbka cieplna (pełne hartowanie lub wzmocnienie termiczne) sprawi, że szyba będzie do 5 razy mocniejsza, aby wytrzymać ekstremalne obciążenia wiatrem i różnice temperatur.

Różnice wysokości

Różnica wysokości między górną a dolną częścią megawysokiego budynku — a także różnica temperatury z nią związana — może powodować problemy z odkształcaniem się szkła w izolacyjnej szybie zespolonej ze względu na różnicę ciśnienia.

W przypadku projektu Burj Khalifa wyzwaniem była nawet różnica temperatur między produkcją a montażem szyb zespolonych, które zostały wyprodukowane w styczniu przy temperaturze 26°C, a następnie zamontowane na miejscu w Dubaju w sierpniu, gdy temperatura wynosiła 48°C. Obliczenia naprężeń i ugięć szyb zespolonych umożliwiły naszym ekspertom technicznym z Guardian Glass określenie właściwej grubości szkła, aby dopasować je do różnych wysokości montażu szkła w budynku.

Wiatr

Ze względu na wysokość tych budynków siły wiatru mogą być niezwykle wysokie. Mimo że dynamiczny kształt budynku ma na celu zmniejszenie obciążenia strukturalnego z powodu zrywania wiru wiatru, grubość szkła jest również bardzo ważna. W przypadku Burj Khalifa szklana fasada została zaprojektowana tak, aby wytrzymać obciążenie wiatrem do 250 km/h. Jak wspomniano wcześniej, system szklany dla wieży Jeddah został zaprojektowany tak, aby wytrzymać kołysanie o promieniu 2,5 metra bez pęknięć i nieszczelności. Grubość użytego szkła zależy od wysokości budynku, w którym jest ono zainstalowane. Obróbka cieplna ma również kluczowe znaczenie (pełne hartowanie lub wzmocnienie cieplne), ponieważ sprawi, że szkło będzie nawet pięciokrotnie bardziej odporne na ekstremalne obciążenia wiatrem i różnice temperatur.

Jeśli masz pytania dotyczące zastosowania szkła w kolejnym projekcie, niezależnie od jego wielkości i lokalizacji, chętnie udzielimy Ci pomocy.