Ta niezwykle popularna technologia wznoszenia fasad polega na wykonaniu oddzielnej konstrukcji nośnej dostawianej do budynku. Wypełnia się ją przeszkleniami lub elementami nieprzeziernymi. Fasada taka stanowi de facto odrębną ścianę osłonową – pełni wszystkie funkcje ściany zewnętrznej z wyjątkiem nośnej.
Fasady o konstrukcji słupowo-ryglowej święcą nieprzerwany triumf. Zwłaszcza te w których szyby stanowią ponad połowę powierzchni. Jest to technologia stawiająca wykonawcom poprzeczkę bardzo wysoko. Fasady muszą się odznaczać ogromną wytrzymałością na warunki atmosferyczne, naprężenia, zapewniać budynkowi szczelność termiczną i akustyczną. Najtrudniej spełnić dwa ostatnie kryteria, bowiem inaczej niż w typowych fasadach wentylowanych brak tu ciągłej warstwy termoizolacyjnej. Konieczne są więc ciepłe pakiety szybowe oraz systemy ich szczelnego łączenia gwarantujące, że elewacja nie będzie generować nadmiernych kosztów ogrzewania i klimatyzacji.
Konstrukcja słupowo-ryglowa i jej warianty
Ściany składają się z pionowych słupów i poprzecznych rygli z profili metalowych, najczęściej aluminiowych albo – rzadziej – z elementów drewnianych (np. system Aluron Vella). Wypełnienie to przeszklenia lub elementy nieprzezierne. Ściany takie tworzą fasady kurtynowe zawieszone, czyli zamocowane do zasadniczej konstrukcji, przeważnie stropów, fundamentów, wieńców. Przenoszą więc wyłącznie własny ciężar i siły wynikające z parcia lub ssania wiatru. Połączenie słupów z budynkiem powinno umożliwić regulację w trzech kierunkach i kompensować naprężenia termiczne.
Fasady kurtynowe są wentylowane. Między nimi a budynkiem zachowany jest odstęp, w którym przemieszcza się powietrze, odprowadzając parę wodną. Wloty znajdują się na dole ściany, wyloty na poszczególnych kondygnacjach. Odstęp między fasadą a budynkiem pozwala na zainstalowanie urządzeń i wyposażenia, np. rolet bądź lameli zacieniających.
Ściany słupowo-ryglowe sprzedawane są jako certyfikowane systemy obejmujące oprócz elementów konstrukcyjnych i wypełniających także obróbki blacharskie, listwy przyszybowe, profile maskujące i zestawy elementów mocujących, odwadniających. Profile są skonstruowane tak, żeby można je było łatwo i szczelnie łączyć z elementami wypełniającymi. Ich szerokość wynosi przeważnie 50 lub 60 mm, ale mogą być też bardzo wąskie – od 16 mm, i wyjątkowo szerokie – do 189 mm. Wewnątrz mają kanały odprowadzające wodę gromadzącą się w wyniku kondensacji pary wodnej lub dopływającą.
Za wadę konstrukcji słupowo-ryglowej może być uznany widoczny podział wynikający z obecności profili wystających poza płaszczyznę przeszkleń. Aby to wyeliminować, opracowano fasadę strukturalną. O ile w typowej ścianie słupowo-ryglowej przeszklenia mocuje się między słupami i ryglami, tu są one przyklejane od zewnątrz do słupów klejem silikonowym. Dzięki temu nie rzucają się w oczy elementy konstrukcyjne. Fasady strukturalne mają wiele odmian, w zależności od sposobu łączenia modułów szklanych z konstrukcją nośną, ale zawsze elewacja jest płaska i jednorodna, a spoiny między modułami wypełnione szczeliwem.
Montaż słupów i rygli
Systemów wznoszenia fasad słupowo-ryglowych jest wiele i są między nimi większe lub mniejsze różnice. Potrzebny jest projekt wykonawczy uwzględniający m.in. rozmieszczenie punktów mocowania słupów do konstrukcji budynku lub elementów odpowietrzających oraz odprowadzających wodę.
Słupy mocuje się do konstrukcji za pośrednictwem konsoli. Te są przytwierdzane do betonu kotwami segmentowymi, wkrętami samogwintującymi do betonu lub prętami gwintowanymi wklejanymi na kotwy chemiczne. Ze słupami łączy się je śrubami ze stali ocynkowanej. Konsole mają otwory w kształcie fasolek, co pozwala na precyzyjne pionizowanie słupów oraz unoszenie lub opuszczanie ich elementów. Odcinki słupów łączy się przekładkami dylatacyjnymi w rozstawie niemniejszym niż 5 mm.
Budowę ściany zaczyna się od dołu. Szczególnie ważne jest poprawne ustawienie i zamocowanie pierwszego słupa będącego odniesieniem dla kolejnych elementów. Rygle mocuje się do słupów wkrętami albo szpilkami ze stali nierdzewnej cz łącznikami aluminiowymi.
Odwodnienie konstrukcji
Wewnątrz słupów są kanały drenażowe uszczelniane przeważnie EPDM. W ustalonych miejscach umieszcza się wylewki odpływowe odprowadzające wodę poza fasadę. W ryglach trzeba wykonać otwory drenażowe – w punktach ustalonych przez dostawcę systemu. Powinny być lokalizowane w najniższym miejscu profilu. Oprócz otworów drenażowych wykonywane są też otwory dekompresyjne, dzięki którym ciśnienie wewnątrz elementów konstrukcji jest identyczne jak na zewnątrz.
Wypełnienie konstrukcji
Do profili mocuje się szyby pojedyncze, zespolone lub elementy z metalu. Płyty pełne lub szkło nieprzezierne umieszcza się w miejscach, które ze względów estetycznych nie powinny być wyeksponowane (np. stropy). Ich krawędzie mogą zostać ocieplone, co często praktykuje się, wznosząc takie fasady. Izolację termiczną stanowią wtedy np. ocieplone panele fasadowe (spandrele), mocowane zamiast pakietów szybowych wzdłuż linii stropu. Dopuszczalna grubość wypełnienia to 6 – 50 mm. Mocuje się je listwami dociskowymi przykręcanymi do konstrukcji nośnej i maskowanymi profilami aluminiowymi.
W tego rodzaju systemach fasad szklanych oprócz przeszkleń stałych przewiduje się także ruchome – ze skrzydłami wychylnymi lub wysuwanymi równolegle poza elewację.
Projektanci mają do wyboru różne wersje przeszkleń. Zasadą jest zastosowanie szkła hartowanego, aby wyeliminować możliwość naprężeń termicznych, a w rezultacie pęknięć. Popularne jest wyjątkowo przejrzyste, hartowane szkło float lub szkło przeciwsłoneczne – chroniące przed przegrzewaniem wnętrz w upalne dni. Aby ograniczyć to zjawisko, producenci proponują też szkło absorpcyjne (pochłaniające ciepło), refleksyjne – odbijające światło, lub selektywne, łączące obie te cechy. Możliwe jest też stosowanie szkła giętego, a do zakrycia tych elementów ściany, które nie wyglądają szczególnie atrakcyjnie, polecane jest szkło nieprzeźroczyste: powlekane emalią ceramiczną lub metalizowane.
W sąsiedztwie szyb można zainstalować moduły fotowoltaiczne BIPV. Najnowocześniejsze z szyb fotowoltaicznych, np. w technologii PVGLASS+, nagrzewają się do 60°C. Mogą przekazywać ciepło do wnętrza, zapewniając dodatkową porcję energii. Pozyskują prąd bez względu na zachmurzenie. Są odporne na mróz, wodę i grad. Ich unikalną cechą jest możliwość sterowania transparentnością szkła.
Montaż i uszczelnienie przeszkleń
W przypadku typowych fasad słupowo-ryglowych szyby dostawia się doczołowo do konstrukcji słupowo-ryglowej, po czym mocuje mechanicznie. Pomocne są w tym wręby w profilach. Uszczelki dystansowe – inne do połączeń pionowych i inne do poziomych – umieszczane są wzdłuż słupów i rygli. W systemie Stabalux SR są to uszczelki z EPDM. Mocuje się je na wcisk, co jest możliwe dzięki wrębom przygotowanym fabrycznie w stalowych profilach. Po ustawieniu szyb przykłada się wzdłuż spoin pionowych i poziomych uszczelki systemowe, a do nich dostawia dopasowane kształtem listwy dociskowe, które łączone są śrubami z profilami nośnymi. Listwy dociskowe maskuje się profilami osłonowymi – stalowymi lub aluminiowymi (zależnie od systemu) wpinanymi w nie na zatrzask. Uszczelki łączy się na styk, a styki uszczelnia systemową masą wulkanizującą. Gdy płaszczyzna przeszklenia ma być nachylona pod kątem dochodzącym do 20°, wówczas proponowane są uszczelki do łączenia na zakład. Styki zakładów także wymagają uszczelnienia. Otwarte przekroje listew dociskowych oraz uszczelek, pojawiające się na krańcach słupów lub rygli, należy uszczelniać masą butylową.
W systemach słupowo-ryglowych materiałem uszczelniającym mogą być także samoprzylepne taśmy butylowe – elastyczne i trwale plastyczne, łatwo dostosowujące się do kształtu zabezpieczanych elementów, takie jak np. taśmy ISO-Butyl marki ISO-Chemie. Cenione są za dobrą przyczepność do różnych podłoży (bez stosowania primerów), szczelność, odporność na warunki pogodowe, promienie UV oraz zdolność kompensowania naprężeń. Taśmy zachowują swoje właściwości w temperaturze od -40°C do +90°C. Wykazują też zdolność do samonaprawy i dostępne są w wielu kolorach.
W systemach fasadowych mających wysoką klasę ochrony przeciwpożarowej stosowane są uszczelki ogniochronne. Zawierają one obok elastomerów dodatek substancji nieorganicznych. Te niestety zmniejszają elastyczność materiału i jego wytrzymałość mechaniczną. Systemy, takie jak np. Procural PF152 ppoż., obok szyb ogniochronnych przewidują też zastosowanie wkładek ogniochronnych w kształtownikach aluminiowych. Taśmy pęczniejące chronią tu przekładki termiczne oraz uszczelniają połączenia pomiędzy konstrukcją a wypełnieniami. W tradycyjnych fasadach słupowo-ryglowych stosuje się też odpowiedni uszczelniacz silikonowy, np. Ottoseal S7 – odporny na warunki pogodowe. Zabezpiecza się nim m.in. kanały wentylacyjno-odwadniające.
Elementami poprawiającymi izolacyjność termiczną przegrody są też izolatory. To wkładki umieszczane w przestrzeni między szybami, przed zamocowaniem listwy dociskowej. W przypadku ich stosowania zamiast jednej szerokiej uszczelki pod listwą dociskową stosuje się dwie wąskie uszczelki na bokach. Izolatory wykonywane są z kompozytu polietylenowego PET/PE lub tworzyw ABS/TPE. Oba rodzaje (wymiennie) stosuje się m.in. w systemie Aluprof MB-MT50 N, którego współczynnik Uf wynosi 0,55 W/m2K i który ma certyfikat Instytutu Domów Pasywnych w Darmstadt. Izolator z polietylenu o niskiej gęstości LDPE zastosowano z kolei w systemie Aluprof MB-SR50N HI+, także dopuszczonym do stosowania w budownictwie pasywnym. Izolator piankowy przewiduje system Yawal FA 50N HI.
Izolatory mogą być zastępowane jednym lub dwoma sznurami dylatacyjnymi z poliuretanu, które również podnoszą izolacyjność termiczną między szybami. Takie rozwiązanie znajdziemy w systemie Aluprof MB-SR80, gdzie para sznurów tworzy izolację wzdłuż linii rygli.
Wsporniki podszybowe
W systemach słupowo-ryglowych występują także wsporniki podszybowe przekazujące obciążenie z szyb na konstrukcję nośną. Umieszcza się je w ryglach. Mogą być do nich przykręcane, mocowane we wrębach lub zdecydowanie rzadziej – przyspawane. Pierwsze mocuje się wkrętami przechodzącymi przez uszczelkę rygla. Aby osadzić wspornik we wrębie, trzeba natomiast naciąć uszczelkę. Wielkość i rozstaw wsporników zależą od ciężaru szyb. W pasywnych systemach Schüco FW 50+.SI oraz FW 60+.SI wsporniki zrobione są ze stali nierdzewnej – ma ona niższą przewodność termiczną niż aluminium.
Montaż przeszkleń
W szkleniu strukturalnym pakiety szybowe łączone są z konstrukcją słupowo-ryglową klejem silikonowym, np. dwuskładnikowym Ottocoll S645 lub Ottocoll S660. Nanosi się go pasami wzdłuż przekładek dystansowych połączonych z profilami i mających na celu ustalenie grubości spoiny klejącej. Oprócz tego wypełnia się spoiny między szybami. Tu stosowane są sznury dylatacyjne lub taśmy separacyjne z polietylenu lub polipropylenu. Przykładem jest sznur PE okrągły – Illbruck PR102. Produkty te zapewniają dobrą izolacyjność cieplną – są zatem odpowiednikiem izolatorów w typowych fasadach słupowo-ryglowych, gdzie szyby mocowane są listwami dociskowymi. Spoiny po ich umieszczeniu wypełnia się silikonem. Sznury i taśmy mają tę właściwość, że silikon się do nich nie przykleja.
Stosunek głębokości do grubości (szerokości) spoiny powinien wynosić min. 1:1 i maks. 3:1. Jej minimalna szerokość to 6 mm, jednak zaleca się, by miała 12 mm. Spoina może być wykonana wokół wszystkich krawędzi przeszklenia albo – rzadziej – tylko dwóch. Wtedy pozostałe boki są mocowane mechanicznie i – inaczej niż przy klejeniu czterostronnym – wyłącznie takie połączenie przenosi obciążenia statyczne na konstrukcję. Obciążenia dynamiczne przenoszone są natomiast przez wszystkie cztery połączenia.
Ciekawym rozwiązaniem są też fasady semistrukturalne, w których moduły szklane mocuje się do profili aluminiowych mechanicznie, w czym pomocne są specjalne zaciski, które po obróceniu się dokręca. Spoiny między modułami wypełnia się sznurem dylatacyjnym i silikonuje.
Do fasad strukturalnych przeznaczone są konstrukcyjne, dwuskładnikowe bądź jednoskładnikowe kleje silikonowe o wyższej wytrzymałości i trwałości w porównaniu do innych klejów i szczeliw silikonowych. Złącza muszą utrzymać ciężar przeszkleń i przenieść obciążenia dynamiczne powodowane przez wiatr lub naprężenia termiczne.
Silikon to niejedyny materiał do klejenia modułów szklanych z konstrukcją. Służą do tego również dwustronnie klejące taśmy akrylowe VHB oferowane przez firmę 3M. Zapewniają one silne połączenie i dużą trwałość. Ich zaletą jest wstępna siła klejenia (40 proc.), ponieważ inaczej niż w przypadku silikonów nie zachodzi proces utwardzania. Nie brudzą krawędzi szyb, więc nie trzeba stosować taśm maskujących. Niepotrzebne są też uszczelki dystansowe, bo taśmy mają stałą grubość – 2,3 mm.
Silikonowe uszczelniacze muszą dodatkowo wykazywać dużą odporność na destrukcyjne działanie promieni UV. Tak jak kleje powinny zachowywać właściwą odkształcalność w zakresie temperatury od -40°C do +150°C. Ważne też, aby miały dużą przyczepność do podłoża. Przy doborze silikonu trzeba się kierować planowaną szerokością spoin oraz rodzajem uszczelnianego materiału.
Szczeliwo powinno być każdorazowo dobrane przez projektanta fasady, zwłaszcza po uwzględnieniu spodziewanych wielkości przemieszczeń elementów w stosunku do szerokości szczeliny. Parametr taki nazywa się movement capability i podawany jest w procentach. Kleje oraz uszczelniacze powinny charakteryzować się utwardzaniem neutralnym, nie kwaśnym. Nie powinny także mieć w składzie rozpuszczalników organicznych.
Transport pakietów szybowych
Konstrukcję nośną fasady słupowo-ryglowej montuje się, korzystając z rusztowań. Szyb nie przenosi się ręcznie, są zbyt ciężkie i łatwe do stłuczenia. Potrzebne są żurawie o wysięgu dopasowanym do wysokości budynku. W obiektach mających do 4 kondygnacji wystarczą miniżurawie, w większych – żurawie na przyczepach zapewniające wysięg do 32 m lub samochodowe o wysięgu do 50-60 m. Do transportu szyb potrzebne są zawiesia z przyssawkami próżniowymi dopasowanymi do rozmiaru, kształtu i ciężaru szyby. Jedno może mieć 2, 4, 8, a nawet 16 przyssawek. Jeśli stosuje się żurawie, rusztowanie powinno być montowane stopniowo, ponieważ szyby podawane są od góry i mogłyby uderzać o jego elementy. Możliwe jest też szklenie bez rusztowania. Żuraw podnosi szyby, a montażyści korzystają z wysięgnika koszowego.
