Pastaruoju metu vis daugiau statoma išraiškingos formos pastatų su stiklinėmis plokštumomis. Kad į pastatus patektų kuo daugiau natūralios šviesos, vis dažniau naudojami stiklo ir aliuminio fasadai. Tokio tipo konstrukcijos taikomos vertikaliesiems ir nuožulniesiems fasadams bei stikliniams stogams. Tokiomis konstrukcijomis norint perdengti didelius tarpuangius, būtina suvaržyti jų deformacijas – įlinkius. Kadangi šios konstrukcijos labai liaunos, vienintelis galimas būdas padidinti standumą – įrengti posistemę. Posistemės pagal ilgį ir padėtį gali būti trikampės, stačiakampės arba trapecijos formų. Straipsnyje pateikiami atliktų eksperimentinių tyrimų ir dviejų tipų posistemių skaitinio modeliavimo rezultatai.

Paprastus stiklinių fasadų aliumininius profliuočius, tvirtinamus dviejose atramose, galima naudoti iki 7 m ilgio vertikaliuose tarpuangiuose.  Tačiau  esant  tokiam  ilgam  tarpuangiui,  atsižvelgiant  į  veikiamą apkrovą, profliuotį reikia stiprinti, t. y. armuoti. Dėl papildomo aliumininio profliuočio padidėja gaminių kaina. Norint to išvengti, padidinti tarpuangį galima taikant ir strypines paspyrines sistemas. Tuomet galima perdengti iki 14 m ilgio angas (įrengiant stogus – iki 10 m).  
Tokių konstrukcijų  taikymo pavyzdžiai parodyti 1 paveiksle. Naudojant šias sistemas, išvengiama metalinių sijų arba santvarų, kurių reikia remiant aliumininius profliuočius.

Siūloma sistema  leidžia suprojektuoti stiklinį  fasadą, kuriame metalinės sistemos (kolonos, profliuočiai) užima mažiau ploto. Tai leidžia suformuoti didesnę stiklo plokštumą, kurioje metaliniai elementai neužstoja  šviesos. Suskaidytas  fasadas  atrodo  estetiškai  ir  šiuolaikiškai. Plieniniai  įtempiamieji strypai (lynai) sukuria tinklą, kuris neužgožia fasado ir tampa struktūriniu bei architektūriniu elementu. Tokia sistema – puikus tektonikos pavyzdys. Įtemptų lynų formos struktūra sudaryta  iš elementų,  formuojančių ažūrinę plokštumą. Tokią plokštumą  galima  būtų  panaudoti  skaidant  erdvę  (pavyzdžiui,  kai  reikia vizualinės pertvaros) arba norint pabrėžti  jau suskaidytą  fasado erdvę. Tokia sistema Lietuvoje turėtų sulaukti didelio architektų susidomėjimo.  Ją galima panaudoti projektuojant visuomeninės paskirties pastatus,  formuojant  dideles  erdves  (sales),  fasadų  ir  stiklinių  stogų plokštumas.

Eksperimentiniai tyrimai

Vilniaus Gedimino technikos universiteto (VGTU) Metalinių ir medinių konstrukcijų katedros mokomojoje laboratorijoje buvo atlikti trumpalaikiai aliumininio fasado fragmento – aliumininio profliuočio ir 6,5 m ilgio sijos – eksperimentiniai tyrimai. Profliuotis buvo pagamintas iš ekstruduoto ir papildomai pagal T66 apdoroto aliuminio EN-AW 6060 lydinio [1]. Sija buvo apkraunama pamažu didinant sutelktąsias jėgas, kurioms buvo naudojamos vienodo svorio (0,5 kg) metalinės plokštelės, išdėstytos 25 cm atstumais išilgai sijos ašiai (2 pav.). Sijos deformacijos trijose vietose – viduriniame trečdalyje ir viduryje – buvo matuojamos indukciniais taško poslinkį matuojančiais prietaisais [2, 3]. Taip pat buvo fksuojami ir sijos poslinkiai atramose.

 

Apkrova buvo didinama, kol sija pasiekė L/300 (~36 mm) įlinkį. Stiklo  ir aliuminio  fasadams  leidžiamas  tik 8 mm  įlinkis, neturintis viršyti L/300 ribos. Tirta horizontali aliuminio profliuočio sija šią ribinės deformacijos  reikšmę pasiekė  jau esant savajam konstrukcijos svoriui, tačiau įtempiai tesudarė 18 proc. leistinų. Įsitikinus, kad, net ir esant didelėms sijos deformacijoms (L/300), sija išlieka tampri, buvo atliekami kiti eksperimentiniai tyrimai. Sijos plokštumoje buvo įrengti statramsčiai ir templė, jie tiesiogiai sujungti su aliuminio sija, taip padidinant jos bendrą standumą. Laboratorijoje tirtos sistemos su statramsčiais ir temple schema parodyta 2 paveikslo dešinėje pusėje. Gniuždomieji sistemos elementai parinkti tokie pat kaip ir sijos proflio strypai, o tempiamasis elementas – 6 mm skersmens lynas, kurio eksperimentiškai nustatytas tamprumo modulis – 27,9 GPa. Sistema buvo bandoma keičiant petį (atstumą tarp horizontalios templės dalies ir sijos ašių) nuo 46 iki 56 centimetrų. Tokios sistemos įlinkis, palyginti su aliumininio profliuočio sija, 41 proc. mažesnis, o pasirinktų atstumų tarp sijos ir templės ašių (peties) įtaka sistemos įlinkiui maža –   vos 15 proc.

Atliekant skaitinį eksperimentą, pagrindinis uždavinys buvo kuo tiksliau sumodeliuoti patį aliumininio profliuočio skerspjūvį, nes nuo  jo priklauso ir sijos standumas, ir įtempių pasiskirstymas joje, bei eksperimentais  tirtą  sistemą.  Skaičiuojant  lenkiamo  aliumininio  profliuočio įtempius nuo lenkiamojo momento programa „Cosmos M“ [4], buvo  panaudoti  „Solid“  tipo  baigtiniai  elementai. Gautas  skirtumas tarp eksperimentinių ir skaitinio modeliavimo įtempių buvo 5,5 proc., o skirtumas  tarp  įlinkių – 3,8 procento.

 

Fasadinio aliumininio profliuočio standumą padidinus statramsčiais ir temple  (kaip  buvo  padaryta  natūrinio  bandymo metu),  gautos  sisemos  atlikti  skaitiniai modeliavimai  parodė,  kad  templei  panaudojus  lyną,  kurio  tamprumo modulis  210 GPa,  sistema  atlaiko  didesnę apkrovą nei templei naudojant metalinį strypą, nors lyno ir strypo geometrinės bei mechaninės charakteristikos tokios pačios (6 pav.).

Skirtumas  atsiranda  dėl  pradinio  lyno  įtempimo,  o  plieninio  strypo pradinis įtempimas nebuvo užduotas (paprastai tai nebūna daroma).

 

Atlikta skaitinė analizė parodė, kad konstrukcijas su trapecine posisteme galima taikyti pasvirosioms plokštumoms įrengti, templei naudojant lynus, o įrengiant vertikalias plokštumas templėms geriau naudoti paprastus plieninius iš anksto neįtemptus strypus, nes posistemė „neišgaubia“  sistemos.  Įrengiant  vertikalias  plokštumas,  tinkamesnė stačiakampė posistemė, nes  ji neturi pradinės  įtakos  į  ją atremtam aliumininiam profliuočiui, t.y. jo „neišgaubia“ – posistemė veikia kaip atskira sistema. Tačiau, esant pasvirosioms plokštumoms, geriau naudoti trapecines posistemes, nes jos, kaip parodė tyrimai, gali perimti didesnę apkrovą.