Во все времена люди в силу своего пытливого ума что-то изобретали и выдумывали. Не изменилась эта тенденция и сейчас, только творения современных умельцев не просто радуют глаз, а заставляют еще больше гордиться техническим совершенством произведения. Появление стекла стало одним из основных факторов, повлиявших на развитие новой эстетики зданий, оболочка которых должна защищать человека от неблагоприятных факторов внешней среды и при этом обеспечивать ему максимальную визуальную связь с окружающим миром.

Одним из самых выразительных применений стекла в архитектуре является планарное остекление фасадов. Технология планарного остекления появилась относительно недавно и сейчас является одной из самых передовых среди фасадных. Заключается она в примыкающих друг к другу светопрозрачных элементах (стекло, стеклопакеты), не разделенных рамами или перегородками, чем и отличается от профильных систем. Благодаря отсутствию рамных элементов фасады и перегородки становятся более прозрачными. Название термина происходит от системы Planar английской фирмы Pilkington впервые применившей подобное крепление стекла в начале 80-х годов.

Важнейшим функциональным и декоративным элементом планарного фасада выступает несущая металлическая конструкция в виде фермы, балки, арки или винтовой фермы из стали или алюминия. Наиболее эффективной системой креплений для планарного фасада является крепление на нержавеющих коннекторах – «спайдерах» (от английского spider - паук) представляющий собой крестовину, к которой крепятся точечные крепления стекла.

      

Все выпускаемые «спайдеры» объединены в серии, в зависимости от максимально допустимой нагрузки. Существуют коннекторы с различным количеством плеч (от 1 до 4), к которым крепятся клеммы, установленные в отверстия по углам стеклянного листа (стеклопакета). Их количество определяет позицию «спайдера» на фасаде. 

Допустимая осевая нагрузка на плечо (обратная ветровая нагрузка) варьируется в диапазоне от 1500 Н до 7000 Н, радиальная нагрузка, вызываемая весом стекла – в диапазоне от 1000 Н до 2500 Н. Поверхность «пауков» может быть полированной, матовой, а также может иметь полимерное покрытие PVF2 любого цвета палитры.

В настоящее время благодаря этим креплениям можно реализовать практически любое архитектурное решение. К несущей конструкции спайдеры присоединяются посредством специальных крепежных элементов через отверстия (или без них). Они могут крепится на колоннах, ригелях, торцах бетонных перекрытий и стен, а также могут быть подвешенными в воздухе с помощью шпренгельных тросовых ферм. Герметизация системы достигается за счет заливки специальным силиконовым герметиком зазоров между стеклопакетами. «Спайдерное» остекление может выполняться в холодном варианте - в качестве светопрозрачного элемента используется закаленное стекло. Также возможно реализовать теплый вариант подобного остекления, применяя стеклопакет.

Существуют несколько систем «спайдерного» остекления:
остекления с использованием существующих колонн и перекрытий в качестве несущих конструкций. Преимуществом такой системы является использование уже готовых элементов здания в качестве несущих. Этот способ является наиболее привлекательным с точки зрения стоимости.
Остекление с использованием несущих металлических труб. Несущие трубы могут быть самого разнообразного сечения: круглого, каплевидного, квадратного и др. В качестве материала используется покрашенная сталь, нержавеющая сталь, алюминиевый прокат. Данный вариант очень конструктивен, предоставляет широкие возможности для проектирования, и удобен в монтаже.
Остекление с использованием тросов или металлических стержней. Такие конструкции наиболее сложные в расчетах и монтаже и более дорогие.
Остекление с использованием стеклянных стоек-ребер. Одно из стекол выступает в качестве ребра жесткости. В такой системе остекления используется больше стекла, чем в первом варианте, но сама конструкция не уступает ей по прочности и надежности. «Спайдеры», применяемые здесь, отличаются от применяемых в других системах тем, что они, как правило, состоят из двух частей, закрепляемых по сторонам стеклянного ребра.
   
В некоторых случаях при установке требуется дополнительное усиление поверхности стекла металлическими пластинами.

Что касается самого точечного крепления, то оно бывает двух видов:
стеклянные панели опираются на опору по углам или боковым сторонам; 
опоры фиксируются в специально просверленных отверстиях.

Элементом крепления является несущий шарнир, который предназначен для соединения стеклянной панели с конструкцией, присоединяя стеклянные панели к «спайдерам». Несущий шарнир воспринимает на себя основные ветровые и снеговые нагрузки и предотвращает разрушение стекла за счет своей подвижности. Несущие шарниры подбираются индивидуально к каждому объекту исходя из расчета динамических нагрузок внешних сил, применяемого стекла и особенностей конструкции. 

Существуют шарниры:
предназначенные для крепления однолистового стекла и стекла триплекс
 
 
  
предназначенные для крепления стеклопакетов
 
 
  

Допустимая осевая нагрузка (обратная ветровая нагрузка) варьируется в диапазоне от 2500 Н до 6000 Н, радиальная нагрузка, вызываемая весом стекла – в диапазоне от 1200 Н до 2500 Н.

При использовании отверстий точечные крепления подразделяются на те, которые используют диски с обеих сторон стеклянной панели и на те, которые используют отверстия конической формы (зенкование). Дополнительно различают фиксированные и подвижные крепления, подвижность может, например, обеспечиваться за счет использования сферических элементов.

Существует несколько причин для применения точечных креплений с использованием отверстий конической формы, которые также могут носить название встроенное точечное крепление или коническое точечное крепление. Использование точечных креплений с зенкованием позволяет получить совершенную ровную поверхность без выступающих деталей. Ровная поверхность также предпочтительнее с точки зрения эксплуатации: можно свободно использовать очистители, не скапливается пыль под выступающими поверхностями и такие детали не мешают процессу очистки поверхности.

К используемому стеклу предъявляются жесткие требования, так как оно обеспечивает прочность конструкции, то должно быть закаленным или "триплекс". Это также связано с безопасностью, закалка – это относительно недорогой и очень эффективный способ повышения безопасности фасадных конструкций. При разрушении такого стекла оно разбивается на осколки малой площади без режущей кромки. Так как остекление на «спайдерах» реализуется с помощью точечного опирания стекла на круглую головку «паука», то для стекла точка крепления является точкой местной концентрации напряжений, и с помощью силиконовых прокладок необходимо исключать возможность контакта стекла с металлом. Эта технология требует сверление стекла только в специальных обрабатывающих центрах.

Основной проблемой на данный момент является очень малый опыт применения такого типа конструкций, а также отсутствие методик расчета креплений и нестандартных несущих конструкций. Несущие конструкции для спайдерного остекления довольно своеобразны, поэтому сказывается недостаток квалифицированных специалистов в данной области.

Крепления таких фасадов не является абсолютно жестким, и поэтому позволяет уменьшить и перераспределить большие пиковые статические и динамические внешние нагрузки на здание. "Спайдерные" фасады обладают повышенной износостойкостью и практически неограниченным сроком службы. Эти достоинства обеспечиваются благодаря тому, что в наружной конструкции используется только нержавеющая сталь и стекло – самые прочные и износостойкие конструкционные материалы искусственного происхождения. Большие размеры светопрозрачных элементов позволяют наиболее эффективно использовать солнечную энергию для обогрева и освещения помещения. Еще одним достоинством спайдерного остекления является простота ремонта, в случае умышленного или случайного повреждения стекол. Ведь инсталляция данных светопрозрачных конструкций происходит секционно, и система «спайдеров», как правило, тщательно продумана.

Одна из основных проблем, подлежащих решению при проектировании "спайдерных" систем остекления – это учет различных коэффициентов линейного расширения стекла и металла. При больших габаритных размерах фасада вследствие неравномерных перемещений опорных точек относительно друг друга возможен разрыв стекла в зоне отверстий. Решить эту проблему позволяет шаровой шарнир в точечном креплении спайдера, компенсирующий возможные перекосы при монтаже и особенно при эксплуатации.

Одним из наиболее важных правил является необходимость избежать непосредственного контакта между стеклом и сталью (или любым другим достаточно твердым веществом). Особенно часто это создает проблемы при использовании отверстий конической формы. Если отсутствует точное соответствие между коническим отверстием в стекле и поддерживающей опорой, то это может послужить потенциальной причиной разрушения стекла. Различие в углах конуса выполненного в стекле отверстия и угла конуса опоры приводит к уменьшению площади контакта, что вызывает высокие локальные напряжениям и даже может привести к непосредственному контакту стекла и стали.

Если говорить о пластической деформации как средстве для перераспределения напряжений, то в отличие от стали, стекло является хрупким материалом и может разрушиться при возникновении высоких локальных напряжений. Проблема, связанная с различиями в размерах между отверстиями в стекле и элементами точечной опоры может быть решена, например, с помощью создания продолговатых отверстий в опорной конструкции.

При использовании ламинированного стекла можно компенсировать смещение отдельных слоев стекла с помощью специального материала, который помещается в зазоре между отверстием в стеклянной панели и осью точечной опоры.

При исследовании механики разрушения необходимо учитывать влияние отверстий в стеклянных панелях на прочность выполненных из стекла элементов: в зависимости от метода сверления отверстий могут возникать дополнительные повреждения поверхности, что сокращает срок службы изделия.

В Европе и Америке «спайдерные» фасады уже не диковинка. Имеется большое количество реализованных проектов.

Одним из спайдерных креплений является RODAN (DORMA Holding GmbH + Сo KGaA, Германия) — это жесткий элемент крепление с использованием клемм, установленных в стекло. При монтаже листы помещают в проектное положение, затем клеммы вкручивают в ответные части в «спайдере». Данная система позволяет создать как простейшие стяжки для подвесных козырьков, так и сложные системы опор для крыш, что открывает практически неограниченные возможности перед проектировщиком. Образуя единое целое, система стяжек и зажимных элементов крепления стекла RODAN позволяет создавать максимально легкую и прозрачную архитектурную концепцию. Вместе эти компоненты гарантируют достижение оптимального сочетания стекла с поддерживающей конструкцией.