Hệ thống vách kính Stick System mang lại những ưu điểm gì về hiệu suất kết cấu cho các tòa nhà thương mại cao tầng trung bình?

Hệ thống vách kính khung ghép có thể được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu thiết kế nghiêm ngặt về gió và động đất thông qua việc lựa chọn cẩn thận các thanh định hình, neo và chi tiết kết nối. Đối với tải trọng gió, kích thước của thanh dọc và thanh ngang được tính toán để hạn chế độ võng và ứng suất trên các tấm kính; giới hạn độ võng thường được quy định là L/175 đến L/240 đối với kính để tránh hư hỏng hoặc vỡ kính, và thiết kế phải chịu được chu kỳ áp suất âm và dương. Các chiến lược neo – chẳng hạn như neo một điểm, neo có rãnh hoặc neo xoay – cho phép vách kính truyền tải tải trọng gió đến kết cấu tòa nhà đồng thời thích ứng với sự giãn nở nhiệt. Đối với các khu vực chịu ảnh hưởng của gió mạnh (bão, lốc xoáy), các nhà thiết kế có thể chỉ định các tấm kính nhiều lớp hoặc kính cách nhiệt dày hơn và các thanh dọc được gia cố, đồng thời bao gồm các đường thoát nước để ngăn nước xâm nhập trong quá trình biến dạng. Khả năng chịu động đất yêu cầu các kết nối cho phép chuyển động tương đối giữa vách kính và kết cấu chính. Neo chống động đất và khớp trượt cho phép mặt tiền lắc lư độc lập, ngăn ngừa ứng suất quá mức lên kính và các mối nối silicon. Các kỹ sư thường sử dụng phân tích phần tử hữu hạn để mô hình hóa các phản ứng động và xác định các khe co giãn (theo chiều dọc và chiều ngang) có kích thước phù hợp với độ dịch chuyển tầng theo yêu cầu của tiêu chuẩn. Ngoài ra, hệ thống khung giằng thường được thiết kế với tính dự phòng và khả năng chịu tải trọng chu kỳ để tránh hư hỏng giòn trong các sự kiện động đất. Việc tuân thủ được xác minh thông qua các tính toán kết cấu, thử nghiệm mô phỏng khi cần thiết và phối hợp với các kỹ sư kết cấu để xác nhận rằng tải trọng neo và dung sai độ võng phù hợp với hạng mục thiết kế động đất của tòa nhà.

Hệ thống vách kính khung ghép phải tuân thủ nhiều quy định và tiêu chuẩn mặt tiền quốc tế và khu vực khác nhau, quy định về hiệu suất kết cấu, an toàn cháy nổ, khả năng chống chịu thời tiết và thông số kỹ thuật vật liệu. Các tiêu chuẩn chính thường được tham chiếu bao gồm: tiêu chuẩn ASTM (Hoa Kỳ) về vật liệu và thử nghiệm — ví dụ: ASTM E330 về hiệu suất kết cấu dưới tải trọng gió, ASTM E283 về khả năng chống thấm khí và ASTM E331 về khả năng chống thấm nước; tiêu chuẩn EN (Tiêu chuẩn Châu Âu) như EN 13830 về hiệu suất vách kính và EN 12155/EN 12154 về tiêu chuẩn sản phẩm kính; tiêu chuẩn ISO như ISO 10137 về tác động nhiệt trong các tòa nhà và loạt tiêu chuẩn ISO 140 về hiệu suất âm thanh; và các quy chuẩn xây dựng địa phương như Quy chuẩn Xây dựng Quốc tế (IBC) cho thị trường Hoa Kỳ, Quy chuẩn Xây dựng Quốc gia (NCC) ở Úc và các quy chuẩn GCC/BS khác nhau ở thị trường Trung Đông. Các yêu cầu về phòng cháy chữa cháy và an toàn có thể thuộc tiêu chuẩn NFPA 285 (Hoa Kỳ) đối với các cấu kiện tường ngoài có chứa các thành phần dễ cháy, hoặc các quy định phòng cháy chữa cháy địa phương yêu cầu kiểm tra khả năng cháy và sự lan truyền ngọn lửa của mặt tiền. Các quy chuẩn năng lượng (ví dụ: ASHRAE 90.1, chỉ thị về hiệu suất năng lượng của EU, hoặc các quy chuẩn năng lượng địa phương) quy định giá trị U, hệ số hấp thụ nhiệt mặt trời và tiêu chí độ kín khí. Khả năng chống ăn mòn và lựa chọn vật liệu có thể tham chiếu các tiêu chuẩn khu vực cho môi trường biển hoặc công nghiệp (ví dụ: ISO 9223). Điều cần thiết là các thông số kỹ thuật của dự án phải nêu rõ các tiêu chuẩn áp dụng và cả kỹ sư thiết kế lẫn nhà sản xuất phải chứng minh sự tuân thủ thông qua các báo cáo thử nghiệm, thử nghiệm loại và mô hình thử nghiệm cụ thể của dự án được cơ quan có thẩm quyền xem xét.

Các nhà thầu cần chuẩn bị cho một số thách thức khi thiết kế và lắp đặt hệ thống vách kính khung gỗ. Thứ nhất, độ nhạy cảm với thời tiết: vì việc lắp đặt kính và chất trám kín được thực hiện tại công trường, mưa, độ ẩm cao hoặc nhiệt độ thấp có thể làm chậm tiến độ công việc và ảnh hưởng đến quá trình khô và độ bám dính của chất trám kín; việc lập kế hoạch cho cửa sổ chống thời tiết và biện pháp bảo vệ tạm thời là rất cần thiết. Thứ hai, dung sai và sự thẳng hàng của tòa nhà: vì các thanh dọc gắn vào kết cấu tòa nhà, các điều kiện không thẳng đứng và các đường cột không đều đòi hỏi phải điều chỉnh tại chỗ hoặc sử dụng hệ thống đệm; việc khảo sát chính xác và phối hợp trước khi lắp đặt với khung kết cấu là cần thiết để tránh các vấn đề về độ khớp. Thứ ba, hậu cần và bố trí: các thanh định hình dài và các đơn vị kính cần được xử lý, lưu trữ và bảo vệ cẩn thận khỏi hư hỏng; việc tiếp cận giàn giáo, xe nâng hoặc sàn làm việc trên cao di động phải được phối hợp để duy trì năng suất và an toàn. Thứ tư, phối hợp giao diện: các kết nối với sàn, mái nhà và lớp phủ liền kề yêu cầu các tấm chắn, màng và khe co giãn được thiết kế riêng; việc sớm phối hợp với các nhà thầu chống thấm và kết cấu sẽ giảm thiểu các đơn đặt hàng thay đổi. Thứ năm, kiểm soát chất lượng của chất trám kín, gioăng và việc lắp đặt lớp cách nhiệt là rất quan trọng—việc lắp đặt gioăng không đúng cách hoặc các mối nối chất trám kín không đúng cách có thể dẫn đến rò rỉ và cầu nhiệt. Thứ sáu, an toàn và bảo vệ chống ngã: việc lắp ráp trên cao tại công trường đòi hỏi các hệ thống chống ngã nghiêm ngặt, dây buộc dụng cụ và đào tạo được chứng nhận cho thợ lắp kính. Cuối cùng, công tác kiểm tra và thử nghiệm—chẳng hạn như kiểm tra sự xâm nhập của không khí và nước—phải được lên kế hoạch sau khi hoàn thành các khu vực quan trọng để xác minh hiệu suất. Lập kế hoạch chủ động, mô hình thử nghiệm và sự giám sát của người có kinh nghiệm sẽ giảm thiểu những thách thức này và cải thiện kết quả lắp đặt.

Khi so sánh hệ thống khung kính dạng thanh với hệ thống khung kính dạng mô-đun, chi phí và hiệu quả lắp đặt được xác định bởi quy mô dự án, mức lương nhân công, hậu cần tại công trường và các ràng buộc về tiến độ. Hệ thống khung kính dạng thanh thường có chi phí chế tạo và vận chuyển thấp hơn vì các thành phần chính là các thanh định hình đùn, gioăng và các vật dụng phụ trợ được vận chuyển theo bó thay vì các tấm kính lớn đã được lắp sẵn. Đối với các dự án có địa điểm thi công phức tạp hoặc số lượng cần cẩu hạn chế, hệ thống khung kính dạng thanh có thể được lắp đặt với các thiết bị nâng nhỏ hơn và ít công việc trên giàn giáo hơn, giúp giảm chi phí nâng vật nặng. Tuy nhiên, cường độ lao động tại công trường cao hơn: việc lắp kính và bịt kín được thực hiện ở độ cao, đòi hỏi thợ lắp kính lành nghề và kiểm soát chất lượng để đạt được độ kín khít đồng nhất - điều này làm tăng số giờ lao động và nhu cầu giám sát. Ngược lại, hệ thống khung kính dạng mô-đun được lắp ráp và lắp kính tại nhà máy thành các mô-đun, mang lại chất lượng đồng nhất, các lớp cách nhiệt tích hợp và lắp đặt nhanh hơn tại công trường (thường chỉ cần một cần cẩu nâng mỗi mô-đun), giúp rút ngắn tiến độ xây dựng mặt tiền. Đối với các dự án cao tầng hoặc quy mô lớn, hệ thống khung kính dạng mô-đun thường mang lại tổng chi phí lắp đặt thấp hơn do giảm lao động tại công trường và rút ngắn thời gian lắp đặt. Đối với các tòa nhà cao tầng hoặc thấp tầng có hình dạng đơn giản và nguồn lao động sẵn có tại địa phương, hệ thống dán gioăng thường là lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất. Chi phí vòng đời cũng cần được xem xét: khoản tiết kiệm ban đầu với hệ thống dán gioăng có thể bị bù đắp bởi chi phí bảo trì dài hạn tăng lên nếu chất lượng dán gioăng tại chỗ không đảm bảo. Cuối cùng, cần phải thực hiện phân tích chi phí-lợi ích chi tiết bao gồm vật liệu, gia công, vận chuyển, nhân công tại công trường, tác động đến tiến độ và các điều khoản bảo hành để xác định lựa chọn hiệu quả nhất cho một dự án cụ thể.

Các nhà thầu cần lường trước sự phức tạp trong phối hợp, thời gian thực hiện dài, dung sai chặt chẽ, hậu cần và quản lý bảo hành/điều khoản. Việc tích hợp sớm các chuyên gia về mặt tiền vào thiết kế sẽ giảm thiểu các vấn đề thiết kế để sản xuất. Thời gian sản xuất kính, lớp phủ và mô-đun lắp ghép theo yêu cầu có thể kéo dài nhiều tháng – ảnh hưởng đến việc mua sắm và tiến độ; việc lập kế hoạch dự phòng cho các sự chậm trễ trong sản xuất là cần thiết. Dung sai tại giao diện tòa nhà yêu cầu khảo sát kết cấu chính xác và xác minh bản vẽ hoàn công để tránh phải làm lại. Hậu cần tại công trường cho việc lưu trữ, xử lý, nâng hạ bằng cần cẩu và sắp xếp trình tự với các ngành nghề khác (cơ điện, mái nhà, công tác mép sàn) đặt ra những thách thức về bố trí. Việc lập kế hoạch an toàn và tiếp cận cho việc lắp đặt và bảo trì trong tương lai (cần cẩu, hệ thống BMU) phải được giải quyết sớm. Trách nhiệm đảm bảo chất lượng thường trải rộng trên nhiều bên – nhà thiết kế, nhà sản xuất, nhà lắp đặt – vì vậy trách nhiệm hợp đồng rõ ràng và các kết quả thử nghiệm là rất cần thiết. Quản lý rủi ro bao gồm bảo hiểm cho trường hợp vỡ kính, mô hình chi tiết để phê duyệt và lập kế hoạch dòng tiền do chi phí sản xuất ban đầu cao. Cuối cùng, các phê duyệt theo quy định và thử nghiệm của bên thứ ba có thể làm tăng thêm thời gian; Việc chủ động phối hợp với các cơ quan có thẩm quyền và kỹ sư mặt tiền giúp giảm thiểu những rủi ro phát sinh.

Các bức tường kính ngoại thất thường được thực hiện thông qua hệ thống tường rèm sử dụng khung nhôm do tỷ lệ độ bền trên trọng lượng, khả năng đùn và khả năng chống ăn mòn của nhôm. Việc tích hợp đòi hỏi phải thiết kế các tấm kính sao cho phù hợp với các cấu hình thanh dọc/thanh ngang tiêu chuẩn hoặc kích thước hốc mô-đun lắp ghép, chỉ định gioăng hoặc keo silicon kết cấu tương thích, và đảm bảo các chi tiết cách nhiệt để giảm thiểu sự dẫn nhiệt. Các khu vực vách ngăn (các phần mờ đục) được phối hợp với các tấm cách nhiệt, kính sơn mặt sau hoặc tấm ốp kim loại để che giấu sàn nhà và lớp cách nhiệt. Các chi tiết giao diện—tại các cạnh sàn, cột và đường mái—phải cho phép chuyển động và duy trì tính liên tục của các lớp chắn không khí và nước. Việc lắp đặt tấm chắn, kiểm soát hơi nước và chuyển tiếp sang các hạng mục khác (tường rèm sang mặt tiền cửa hàng, cửa ra vào và lam chắn) đòi hỏi bản vẽ thi công phối hợp và trình tự thi công rõ ràng. Khung nhôm có thể chấp nhận nhiều kiểu xử lý cạnh kính khác nhau (vát cạnh, đánh bóng) và phù hợp với hệ thống cố định điểm hoặc kẹp. Đối với tường rèm lắp ghép, kính được lắp đặt tại nhà máy thành các mô-đun được cẩu vào vị trí, giúp đơn giản hóa công việc tại công trường. Tính tương thích của vật liệu, dung sai giãn nở nhiệt và các chiến lược bịt kín là rất quan trọng để tích hợp bền vững.