W ciągu ostatnich stu lat ściany osłonowe stały się symbolem nowoczesności, elegancji oraz prestiżu, będąc jednocześnie dowodem finansowej potęgi ich właścicieli. Takie budynki to dziś wizytówkami miast i krajów, jak na przykład wieże Petronas Towers w Kuala Lumpur, Burdż Chalifa w Dubaju czy ekskluzywny apartamentowiec przy ul. Złotej 44 w Warszawie. To ściany osłonowe pozwalają na stworzenie budynków zmieniających oblicze dzielnic oraz całych miast. Jakie rozwiązania mamy na rynku i jakie są ich cechy techniczno-użytkowe?
Elewacje w formie ścian osłonowych nie są nowymi rozwiązaniami, stosuje się je w architekturze od niemal 170 lat. Wzorem dla współczesnych fasad była konstrukcja Pałacu Kryształowego zbudowanego w Londynie w 1851 roku. Projekt stworzony przez sir Josepha Paxtona składał się z żeliwnych prefabrykatów, w które wkomponowano szklane panele.
Aktualny rozwój gospodarczy na świecie umożliwił powszechne zastosowanie ścian osłonowych. Współczesne miasta Polski coraz częściej prezentują całe obszary, gdzie elewacje nowo powstałych budynków są realizowane przy pomocy ścian osłonowych. Wysoka konkurencja wśród producentów tych rozwiązań przyczyniła się do znacznego spadku ich cen, co umożliwia ich wykorzystanie nie tylko w obiektach komercyjnych i reprezentacyjnych, lecz także w budynkach użyteczności publicznej, takich jak domy kultury, biblioteki, lokalne sklepy oraz bloki mieszkalne.
Zalety przeszklonych fasad
Oprócz powodów estetycznych i prestiżowych elewacje w postaci ścian osłonowych pozwalają na osiągnięcie wielu praktycznych korzyści:
– naturalne oświetlenie wnętrza budynku – zwiększenie głębokości i zasięgu przenikania światła zmniejszyło potrzebę stosowania sztucznego oświetlenia, a co za tym idzie – rachunki za energię elektryczną. Dodatkowo obszary bez okien (open space) na środku kondygnacji stały się atrakcyjnymi i użytecznymi miejscem pracy;
– wykorzystanie przeszklenia o odbiciu lustrzanym pozwala na wkomponowanie dużej bryły budynku praktycznie w każdym środowisku urbanistycznym;
– dzięki zastosowaniu szyb selektywnych istnieje możliwość obniżenia kosztów związanych z ogrzewaniem i klimatyzacją pomieszczeń budynku wskutek kontroli przepuszczalności promieniowania słonecznego. Takie naturalne regulacje energetyczne niewątpliwie pozytywnie wpływają na obniżenie śladu węglowego powstającego podczas użytkowania budynku.
Podstawowe dane techniczne
Ściany osłonowe stosowane w Unii Europejskiej powinny spełniać wymagania normy PN-EN 13830:2015-06 „Ściany osłonowe – Norma wyrobu”. Według normy PN-EN 13119:2016-08 „Ściany osłonowe. Terminologia” ścianą osłonową nazywamy ściany zewnętrzne budynku (zazwyczaj wykonane z metalu, drewna, PCW) składające się z elementów pionowych i poziomych szkieletu nośnego, połączonych między sobą i zamontowanych do konstrukcji nośnej budynku. Tworzą one ciągłą osłonę przestrzeni wewnętrznej budynku, która samodzielnie lub wraz z konstrukcją nośną budynku realizuje wszystkie funkcje ściany zewnętrznej poza nośną. Wypełnienie przestrzeni pomiędzy elementami szkieletu może być przezierne (np. ze szyb zespolonych) lub nieprzezierne (np. okładziny kamienne).
Słupy i rygle ścian osłonowych to nie tylko elementy przenoszące ciężar okładzin oraz obciążenie wiatrem, często występują w nich też kanały do odprowadzenia skroplin i wody ściekającej po elewacji.
Rodzaje ścian osłonowych
Ze względu na budowę rozróżnia się kilka typów ścian osłonowych:
– słupowo-ryglowe – na ich konstrukcję składają się słupy i rygle, do których mocowane są elementy wypełnienia. Pomiędzy poszczególnymi okładzinami wyraźnie widoczne są podziały w postaci pionowych i poziomych szczelin, listew. Tego typu ściany montowane są z pojedynczych elementów na placu budowy. Wymagają dobrego przygotowania ekip montażowych;
– strukturalne – są bardzo podobne do systemów słupowo-ryglowych, jednak okładziny tworzą jednolitą płaszczyznę, szczeliny pomiędzy okładzinami wypełniane są szczeliwem konstrukcyjnym. Przy budowie tego typu ścian należy dostosować się do wytycznych producenta szczeliwa w zakresie temperatury aplikacji, wilgotności powietrza oraz przygotowania profili przed rozpoczęciem procedury klejenia;
– mocowane punktowo – wypełnienie do słupów i rygli mocowane są przy pomocy rotuli;
– elementowe – prefabrykowane, powtarzające się elementy (zwyczaj o powierzchni kilku metrów kwadratowych). Zastosowanie tego typu rozwiązań pozwala na ekspresowy montaż ściany osłonowej prosto z samochodu dostawczego, co jest szczególnie ważne w przypadku braku placu do składowania materiałów budowlanych lub warsztatu do wykonywania prac przygotowawczych (np. docięcia rygli lub słupów) wymaganych w przypadku klasycznych rozwiązań ścian osłonowych;
– membranowe – okładziny mocowane są do „pajęczyny” stalowych lin.
W Polsce dominują ściany osłonowe wykonane z aluminium i ze stali (te stalowe stosowane tam, gdzie wymagana jest większa odporność na działanie wiatru oraz gdzie występują większe przestrzenie przeszklone). Znacznie rzadziej stosowane są ściany osłonowe z profili PCW i drewna – głównie w budynkach jednorodzinnych i niewielkich obiektach usługowych.
Wybrane wymagania techniczno-użytkowe
Wymagania do ścian osłonowych zostały określone w zharmonizowanej normie PN-EN 13830. Norma przewiduje, że ściana może być zamontowana pionowo lub odchylona od pionu o kąt ±15o. Norma zharmonizowana przedstawia bardzo szeroki zakres cech techniczno-użytkowych ścian osłonowych. Część z nich ma charakter nieobligatoryjny i może być pominięta, jednak zawsze powinny być zweryfikowane właściwości należące do grupy tak zwanych „badań typu”, o których mowa w Załącznik ZA.2.2a do PN-EN 13830.
Z punktu widzenia kryteriów nośności i stateczności ściany osłonowe powinny przenieść ciężar własny. Maksymalne ugięcie każdego poziomego elementu ściany (rygli) nie powinno przekraczać 1/500 rozpiętości lub 3 mm (przyjmuje się mniejszą wartość).
Ściany osłonowe mają decydujący wpływ na parametry termo-wilgotnościowe oraz higieniczne panujące w budynku. Powinny one spełniać wymagania „Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” w zakresie przenikania ciepła zależnie od planowanej temperatury wewnątrz pomieszczenia. W przypadku systemów elewacyjnych służących jako przegroda pomiędzy klimatem zewnętrznym a pomieszczeniami ogrzewanymi konieczne jest ustalenie współczynnika przenikania ciepła ściany osłonowej. Ocena może być dokonana wg normy PN-EN ISO 12631 „Cieplne właściwości użytkowe ścian osłonowych – Obliczanie współczynnika przenikania ciepła”. Ściana osłonowa powinna być zaprojektowana z uwzględnieniem warunków klimatyzacji i wentylacji w taki sposób, żeby nie powodować wykraplania się wody w środku przeszklenia (jeżeli nie przewidziano specjalnych odpływów).
Niekiedy ściany osłonowe odpowiadają za funkcje ochronne budynku – chronią mienie użytkowników przed włamaniem (sklepy, banki) lub osoby przebywające w budynku przed ostrzałem czy eksplozją (placówki dyplomatyczne). W przypadku deklarowanej odporności na włamanie ściany osłonowe powinny spełniać wymagania normy PN-EN 1627 „Drzwi, okna, ściany osłonowe, kraty i żaluzje – Odporność na włamanie – Wymagania i klasyfikacja”.
Ważne badania i normy
Najczęściej ściany osłonowe poddawane są ocenie laboratoryjnej w zakresie:
1) odporności na działanie parcia i ssanie wiatru (na podstawie europejskiej normy PN-EN 12179 „Ściany osłonowe. Odporność na obciążenie wiatrem. Metoda badania”. Dopuszczalne ugięcia systemu elewacyjnego (mierzone na słupach i ryglach) podczas oddziaływania wiatru przedstawiono w PN-EN 13116 „Ściany osłonowe. Wytrzymałość na obciążenie wiatrem. Wymagania eksploatacyjne”;
2) odporności na uderzenie od strony zewnętrznej oraz wewnętrznej – wyniki badań pozwalają projektantowi na dokonanie uzasadnionego doboru systemu elewacyjnego zależnie od natężenia ruchu oraz sposobu użytkowania pomieszczenia od wewnątrz i na zewnątrz budynku ze ścianą osłonową. Wymagania te są uwzględnione w PN-EN 14019 „Ściany osłonowe. Odporność na uderzenia. Wymagania eksploatacyjne”;
3) przepuszczalności powietrza określanej dla dodatniego i ujemnego ciśnienia powietrza przed badaniem odporności na działanie wiatru i po nim. Badanie jest wykonywane wg PN-EN 12153 „Ściany osłonowe. Przepuszczalność powietrza”, klasyfikacja ścian osłonowych w zakresie przepuszczalności powietrza jest dokonywana wg PN-EN 12152 „Ściany osłonowe. Przepuszczalność powietrza. Wymagania eksploatacyjne”;
4) wodoszczelności (wg PN-EN 12154 „Ściany osłonowe. Wodoszczelność. Wymagania eksploatacyjne i klasyfikacja”). Najniższa klasa wodoszczelności to R4 (odpowiada ciśnieniu obliczeniowemu powietrza 600 Pa), a najwyższa – Re (odpowiada ciśnieniom obliczeniowym przekraczającym 2400 Pa).
5) w niektórych przypadkach ściany osłonowe powinny być sprawdzone również w zakresie odporności ogniowej oraz reakcji na ogień. Klasyfikacji ogniowej należy dokonać na podstawie normy PN-EN 13501-2 „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 2: Klasyfikacja na podstawie wyników badań odporności ogniowej, z wyłączeniem instalacji wentylacyjnej”;
6) w celu zapewnienia komfortu użytkowania coraz częściej dla ścian osłonowych określane są też właściwości akustyczne. Podczas oceny należy korzystać z norm PN-EN ISO 10848-1 „Akustyka – Pomiary laboratoryjne przenoszenia bocznego dźwięków powietrznych, uderzeniowych i od wyposażenia technicznego budynków pomiędzy przylegającymi komorami – Część 1: Dokument ramowy” oraz PN-EN ISO 10848-2 „Akustyka – Pomiary laboratoryjne przenoszenia bocznego dźwięków powietrznych i uderzeniowych pomiędzy przylegającymi komorami – Część 2: Dotyczy lekkich elementów w przypadku małego wpływu złącza”.