Что такое статический профиль окон

Статическая устойчивость окон

Общие положения

Остекленные стены являются элементом фасада, которому свойственно следующее.

На них не передается нагрузка от других элементов здания. Поэтому окна и остекленные стены отделяют от других конструкций зазорами достаточной ширины. Наибольшая опасность исходит от работающих на изгиб и большепролетных горизонтальных конструкций, которые получают прогибы (рис. 5.5). В то время как у стальных конструкций прогиб после приложения полной нагрузки практически достигает своего максимального значения, железобетонные конструкции заметно деформируются еще в течение многих месяцев. Изгибаются не только балки и плиты перекрытий, укорачиваются вследствие усадки и ползучести в дополнение к другим деформациям также бетонные стойки. Расчет таких прогибов является трудоемкой задачей, так как здесь приходится учитывать воздействие очень многих факторов. Только в качестве очень глубокого приближения для нормально и тщательно выполненных конструкций при не очень высоком темпе строительства для оценки прогибов принимают следующую эмпирическую формулу. Порядок величины прогиба от усадки и ползучести сопоставим с прогибом в упругой зоне, причем в качестве общего прогиба принимают в конечном счете удвоенное значение прогиба в упругой стадии. Во всех случаях, если у строителей есть определенные сомнения, рассчитывают ожидаемые величины прогибов с привлечением специелистов по прочности конструкций. Величины прогибов конструкций следует учитывать при строительстве.

Если окна и остекленные стены не воспринимают нагрузки от других конструкций здания, то они в состоянии полностью воспринять нагрузку от ветра, снега или воздействия людей и должны быть рассчитаны на эти нагрузки. Этот вопрос регламентируют нормы DIN 18056 «Остекленные стены», которые в свою очередь базируются на расчетных нагрузках, определяемых нормами DIN 1055. Они вытекают из общих правил строительной техники и введены в действие почти на всей территории ФРГ. Хотя нормы и предписывают проведение статической проверки в проекте здания только для остекленных стен площадью свыше 9 м2 при минимальной длине стороны больше 2 м, однако неправильно было бы толковать это определение таким образом, что остекленные стены устраивают без учета требуемых ограничений. Мнение авторов подкрепляется ограничениями прогибов, которые независимо от размеров стен установлены изготовителями стеклопакетов [32, 37, 39].

Статическую проверку допустимых напряжений редко производят. Как правило, делается проверка, целью которой является установление отсутствия недопустимых прогибов [58]. Расчетный прогиб ригелей и стоек из плоскости остекленных стен при неблагоприятной нагрузке ограничивается 1/200 пролета при величине пролета до 3 м. При больших величинах пролета прогиб ограничивается 1/300 пролета.

При изготовлении стеклопакетов необходимо, чтобы прогиб ригелей и стоек в плоскости остекления не превышал 8 мм. Между тем технический уровень производства независимо от пролета ригелей и стоек в общем позволяет ограничить их прогиб 1/300 пролета.

Модули упругости различных материалов, Н/мм 2 :

  • древесина — 10000
  • пластмассы (ПВХ) — 2500
  • алюминий — 70000
  • сталь — 210000

При применении специальных видов стекла прогиб элементов можно ограничивать еще больше — 1/500 пролета,и ли 6 мм.

Коробки, ригели, стойки

Ограничения прогибов для этих конструкций приведены, как указано выше, в нормах DIN 18056. Проверку производят по допустимой величине момента инерции, используя большое количество источников, позволяющих оценить величины моментов инерции наиболее распространенных сечений, стоек и коробок [16, 17, 29]. При применении конструкций из пластмасс используют данные о собственной жесткости пластмассы [29].

Использование данных табл. 5.1 для расчетов можно проиллюстрировать на следующем примере.

Окно расположено в здании высотой от 8 до 20 м. При высоте стойки 1,3 м для левой стороны нагрузка собирается с ширины 35 см, а для правой стороны — с ширины 65 см (рис. 5.1). Из таблицы видно, что для певой стороны момент инерции равен 15,8 см 4 , для правой — 21,2 см . Отсюда требуемое значение момента инерции для деревянной стойки оказывается равным 37 см 4 . Поправочный коэффициент на ветровую нагрузку для этой высоты равен f = w/0,6. При этом ветровую нагрузку берут из норм DIN 1055 и для этой высоты здания принимают равной 0,96. Таким образом, величина поправочного коэффициента на ветровую нагрузку равна f = 0,96/0,6 = 16. Тогда требуемая величина момента инерции равна 1,6×37 = 59,2 см 4 . По таблицам сечений деревянных стоек выбирают сечение профиля стойки, момент инерции которой равен или превышает полученное выше значение.

По такой же схеме определяют требуемое значение момента инерции для всех строительных материалов во многих источниках [16, 17, 22, 29].

При установке металлических вставок в пустотелые пластмассовые стойки обращают внимание на то, чтобы при этом имела место силовая связь между пластмассой и металлической вставкой. В противном случае вначале получает прогиб пластмасса, а лишь потом включается в работу металлический профиль. Точечного соединения пластмассы со вставкой при помощи шурупов для совместной работы обеих конструкций недостаточно [29]. Ветровую нагрузку зачастую недооценивают, что приводит к большому количеству конструкций, имеющих недостаточную статическую устойчивость. Это происходит в тех случаях, когда строители идут на уступки заказчикам, которые хотели бы иметь остекленные стены совсем без выступающих стоек или с узкими стойками. Однако это по статическим условиям неосуществимо. Устройство выступающих стоек неизбежно, так как при больших остекленных поверхностях обеспечить достаточную устойчивость заполнений проемов в пределах толщины коробок (примерно до 7 см), как правило, невозможно.

Читайте также:  Форточка окна сама открывается

Элементы коробок и стоек рассчитывают как свободно опертые в точках своего крепления к конструкциям здания. Только в специально проверенных и фактически специально запроектированных для особых случаев конструкциях используют предварительное полное или частичное напряжение ригелей и стоек. Нагрузки, воспринимаемые остекленными поверхностями, непосредственно передаются на несущие конструкции здания. Такой обходной путь передачи нагрузок используют в том случае, когда вертикальные стойки в зоне верхнего опирания передают нагрузку не на конструкции здания,а вначале на горизонтальный элемент, расположенный над оконной коробкой, но под жалюзийным ящиком. Такой кружной путь передачи нагрузок ведет, даже если по расчету отдельных моментов инерции проверено выполнение ограничений по прогибам, к недопустимым прогибам, поскольку точки опирания при подобном способе передачи нагрузок сами не являются неподвижными и имеют упругую податливость [67]. Раздвижные переплеты, т.е. два переплета, которые не имеют общей жестко укрепленной стойки и сдвигаются друг по отношению к другу, являются особым случаем этой стоечной конструкции. Правильным представляется рассчитывать их как переплеты. Однако поскольку вдоль общей линии их контакта нагрузки, воспринимаемые этими переплетами, не могут передавать на стойки, приходится передавать ветровые нагрузки непосредственно на конструкции здания. Вертикальные элементы переплетов такой конструк ции, расположенные вдоль общей линии контакта рассчитывают по прави лам расчета прогибов элементов оконных коробок.

Часто возникает желание использовать для обеспечения устойчивости стойки, примыкающие к ней элементы переплетов. Это недопустимо так как невыполнимо статически. Совместная работа такой комбинации профилей требует работающего на сдвиг и изгиб соединения обеих конструкций. Шарнирные петли ни при каких обстоятельствах не могут, однако, воспринимать сдвиговые нагрузки. Кроме того, необходимо проверять, как вследствие устройства такого петлевого примыкания усилие от открываемого внутрь переплета в качестве косвенной нагрузки передается на стойки. Вследствие этого нагружение стойки благодаря переплету, как правило, не уменьшается. Стойка или ригель сами обладают достаточной прочностью для восприятия нагрузок. Установка дополнительной стойки между двумя коробками обязательна, так как это приводит к усилению всей конструкции, поскольку суммирование жесткостей стойки и обоих элементов коробок в этом случае является правильным. В соответствии с желанием заказчиков многие детали приборов устраивают скрыто (впотай). Поэтому в конструкциях из пластмасс и алюминия возможно, что в местах их установки несущие элементы ослабляются, что допустимо только в очень небольших пределах.

У пластмассовых окон трудно определить по внешнему виду прочность элементов. В настоящее время надежных неразрушающих методов проверки жесткости профиля на базе, например, лазерной или ультразвуковой техники нет. В конечном итоге используют метод контроля стальных вставок магнитным способом или для всех металлов без исключения путем сверления пробных отверстии. При этом, однако, нельзя проверить непрерывность металлической вставки и насколько полно заполняет вставка камеру и какова толщина стенок. Металлические вставки в пластмассовых окнах должны проходить как можно дальше в углы и к краям переплетов. Косая обрезка этих элементов жесткости не требуется.Только при каких-то экстремальных условиях возможно силовое соединение элементов жесткости между собой. Как правило, пластмассовый профиль в состоянии передать нагрузки в угловых зонах.

Для изготовления стальных элементов жесткости применяют исключительно оцинкованную сталь Поверхности поперечных сечений стальных вставок защищают от коррозии при помощи окраски. Однако окраску торцов металлических вставок можно не производить, если вставки не будут контактировать с наружным воздухом и если они не имеют сверленых отверстий в нижней горизонтальной зоне оконной коробки. Поэтому рекомендуют нижние горизонтальные элементы коробок пластмассовых окон не прикреплять при помощи дюбельных шурупов непосредственно к окружающим конструкциям здания, а элементы переплетов пластмассовых окон плотно насаживать на металлические или пластмассовые профили (см. рис. 3.6).

Дополнительная герметизация сверленых отверстий при помощи пласт масс является в действительности недостаточно надежным мероприятием. Иногда при применении пластмассовых окон, в особенности л при темной окраске профилей, высказывают мнение о том, что устройство из них больших остекленных поверхностей или протяженного ленточного остекления невозможно. Это мнение неправильно. Такие конструкции нужно лишь правильно конструировать.

Большие остекленные поверхности подкрепляют при помощи несущих стальных стоек и ригелей на небольшой поверхности При этом пластмассовые окна устанавливают таким образом, что они выдерживают ожидаемые тепловые удлинения без чрезмерных напряжений. Для расчета ожидаемых удлинений исходят не из максимальных наружных температур, а из средних температур материала, которые при белой окраске поверхности не превышают 40°С. Это соответствует ожидаемому удлинению примерно на 3 мм на каждый метр длины системы. При темной окраске материала ожидаемое удлинение составляет уже около 5 мм на метр длины. А поскольку заполнение проемов не монтируют ни при экстремально высоких, ни при самых низких температурах, то расчетное максимальное удлинение достигается на практике редко [58].

Читайте также:  Как украсит окна светодиодной гирляндой

При больших длинах ленточного остекления все окна сверху и снизу теоретически можно крепить к окружающим конструкциям здания с использованием подвижных креплений, что, однако, непрактично. Правильно каждое окно, расположенное между элементами жест кости, рассматривать как отдельное и отдельно решать вопрос о его креплении. Тогда удлинение всей ленты остекления, даже при темной окраске материала окон, не достигает предельных значений (рис. 5.2).

Окно жестко прикрепляют к конструкциям здания при помощи дюбеля или пружинного причем подвижность креплений обеспечивают в одном или нескольких направлениях. Точку крепления целесообразно устраивать в средней зоне окна.

Крепление деревянных и металлических оконных коробок к конструкциям здания не создает никаких проблем. У пластмассовых окон учитывают температурные удлинения. Чтобы не допустить образования в элементах коробок трещин, их удлинения по возможности ограничивают, учитывая рекомендации фирм—изготовителей по установке окон при темной окраске профилей. Точки крепления располагают примерно в 20 см от каждого угла. Петлевые крепления переплетов к коробкам воспринимают нагрузку от переплетов и через коробки и их крепления передают непосредственно на несущие конструкции здания [29].

При устройстве пластмассовых окон нет необходимости повышения жесткости коробок. Однако благодаря повышению собственной жесткости коробок облегчается их монтаж. При больших размерах переплетов повышение жесткости коробок в точках крепления переплетов целесообразно, поскольку это препятствует деформации коробок. Применение деформированных коробок приводит к навеске переплетов, способствующей превышению имеющихся в конструкциях переплетов допусков. При этом подгонку осуществляют с трудом, часто приходится окна разбирать. Поэтому настоятельно рекомендуют повышение жесткости коробки в зоне навески переплетов, а при креплении приборов к коробкам использовать металлические вставки.

Расстояние между точками крепления коробок к конструкциям здания при пластмассовых окнах должно быть не менее 60 см. Все видимые точки крепления должны выглядеть одинаково. Плохо, когда на одном окне или на одном здании головки одних шурупов торчат, других — утоплены, третьих — закрыты пластмассовыми колпачками, а у четвертых — заклеены.

Переплеты

Нормы DIN 68121, ч.1 (издания марта 1973), описывают профили для всех поворотных нижнеподвесных и вращающихся переплетов высотой до 1,9 м.

В табл. 5.2 приведена выдержка из этих норм. Сечение типичного профиля для деревянного профиля окна приведено на рис. 5.3 на примере окна 1У 68 (92). Это окно пригодно для ширины 1,6 (1,5) м и высоты 1,75 м. Упомянутые нормы действуют уже более 10 лет, однако на практике они не получили полного распространения, хотя их применение было предписано в последующих нормах и постановлениях. Упомянутые нормы были дополнены проектом ч. 3 (издания мая 1975 г.), причем сюда включены все вращающиеся, нижнеподвесные, подъемные и подъемно-поворотно-откидные остекленные двери. Этот проект не приобрел силы закона, он не содержал также никаких указаний, аналогичных табл. 5.2 в отношении установления связи между шириной и высотой профиля.

Установление соотношений в переплетах окон осуществляют по признакам, аналогичным тем, которые используют для створок остекленных дверей. Здесь целесообразен экскурс в историю, поскольку деревянные окна в процессе своего распространения и в ходе истории сохранили свою главную функцию.

В 969 г. был опубликован справочник по конструкциям деревянных окон, причем в нем были сделаны конкретные цифровые предложения для определения размеров переплетов [15]. В частности, группы нагрузок определяли в зависимости от высоты здания. Второе, дополненное издание этого справочника вышло в свет в 1972 г. Как и его предшественник, он содержал конкретные данные для определения типа профиля в зависимости от максимальных размеров его высоты и ширины. В предисловии к справочнику указывалось, что он послужит вспомогательным материалом при проектировании деревянных окон, элементов фасада и остекленных дверей [16]. В табл. 5.3 приводится выдержка из этого справочника.

Выбор профиля производится здесь в зависимости от высоты и ширины переплета.

Рабочая комиссия по древесине г. Дюссельдорфа также опубликовала табличные материалы по определению профилей в зависимости от высоты и ширины переплета в письме «Надежность при покупке окон» [13].

При этом логично и правильно допустить в определенных пределах варьирование ширины и высоты профилей, так что при увеличенной высоте и уменьшенной ширине выбирают такой же профиль, как при увеличенной ширине и уменьшенной высоте.

Читайте также:  Шторы для мансардного окна эскизы

В предисловии к справочнику конструктора деревянных окон выдвигаются требования, практически помогающие при выборе деревянных окон, элементов фасадов и остекленных дверей. Поскольку разницы между окнами и остекленными дверями нет, то предлагаемое пособие используют не только для окон, но и для остекленных (балконных) дверей.

Опубликованные в литературе профили включены в нормы DIN 68121, ч. 1 (издания марта 1973 г.). Однако эти нормы не допускают варьирования между шириной и высотой переплетов и ограничивают допустимые размеры на верхние бруски данными диаграммы брусков табл. 5.3. Фактически большие профили на практике не применяют, и двери в настоящее время зачастую исполняют с профилями, не соответствующими рекомендациям: норм DIN 68121 и справочника по деревянным окнам [16].

Часто указывают на то, что рабочая комиссия по древесине выпустила брошюру под названием «Окна из древесины» [6], которая несколько позже, в 1979 г., была разослана заинтересованным организациям. В этой брошюре даны конструктивные предложения по деревянным окнам и остекленным дверям. Однако при этом указанные предложения для определения размеров окон не заменяют нормы DIN 68121, ч. 1, так как по этим конструктивным предложениям для одинаковых целей выбирают различные профили.

Практика свидетельствует о том, что остекленные двери толщиной 56 мм следует рассматривать как слишком слабые. В качестве профиля для остекленных наружных дверей на террасы и балконы рекомендуют использовать профиль IV 68 (92) (рис. 5.3) Многие специалисты считают, что при использовании норм DIN 68121, ч. 1 при проектировании больших окон и дверей можно в каких-то пределах варьировать ширину и высоту таким образом, чтобы при уменьшении допустимой ширины можно было увеличить высоту. Однако все это имеет место лишь в ограниченном объеме, как это было указано в уже упоминаемом справочнике по конструированию окон [16].

Для пластмассовых окон опубликованы таблицы размеров, определяемые площадью перекрываемой переплетом поверхности окна [29].

То же самое содержится в технических указаниях поставщиков профилей. При больших элементах для определения размеров длинных конструкций используют максимальные длины конструкций — высоту или ширину. Пластмассовые окна позволяют, сохраняя на коротких отрезках переплета пластмассовый профиль, уменьшать в соответствии с данными изготовителя жесткость. В нижней зоне переплета обращают внимание на то, что нагрузка от остекления передается на профили переплета и при недостаточной их прочности горизонтальные элементы получают прогиб. Допустимый прогиб определяют по зазору между переплетом и коробкой; он не должен превышать 3 мм. Прогиб вызывают нагрузки от стекла на обкладки, которые в свою очередь передают ее на нижний горизонтальный элемент переплета. Правила устройства подкладок предписывают, что по крайней мере один просвет между подкладками оставляют свободным. Длина подкладки составляет 10 см. Теоретически точка приложения нагрузки от стекла на переплет удалена, таким образом, от кран стекла на 15 см (рис. 5.4, 5.5).

Требуемое значение момента инерции для нижнего горизонтального бруска переплета от этой вертикальной нагрузки может быть вычислено по формуле:

где q — давление стекла Условные обозначения приведены на рис. 5.4.

Значения модуля упругости Е принимаются равными, кН/см 2 : Едерева = 1000, Еалюминия = 7000, Естали = 21000.

Указанные ограничения прогибов сохраняются и при среднеподвесных переплетах. Это действительно для открытого окна, когда стекло находится в горизонтальном положении. Здесь встречаются два варианта нагружения: в закрытом и открытом состоянии. Во-первых, выполняют расчет горизонтального элемента переплета при закрытом окне для трапециевидной грузовой площади. Для этого используют формулу:

где q — давление стекла; b — ширина нагрузки; t — длина бруска (см. рис. 5.1).

Во-вторых, проверяют прогиб вертикального элемента переплета, укрепленного на шарнирной опоре. В качестве допустимых принимают значения прогибов, рекомендованные в нормах DIN 18056 и в инструкциях к стеклопакетам. Они действительны также в качестве предельно допустимых прогибов ригелей и стоек.

Одинарное стекло: при пролете до 3 м f = (1/200)t; при пролете более 3 м f = (1/300)t.

Стеклопакеты: многостекольный стеклопакет f = (1/300)t ≤ 0,8 см; теплопоглощающий стеклопакет f = (1/500)t ≤ 0,6 см.

Значение необходимого момента инерции для среднеподвесного переплета у шарнирной опоры рассчитывают по формуле:

где Р — половина всего веса переплета.

Только при малых размерах пластмассовых переплетов можно отказаться от установки в них элементов жесткости. В зависимости от системы профилей наибольшие размеры в этом случае не должны превышать 75—100 см [29].

Для окон с металлическими переплетами проблема устойчивости переплетов возникает при больших размерах окон. Благодаря размерам этих профилей и свойственной металлам прочности их применение не вызывает никаких проблем.

Источник

Поделиться с друзьями
Adblock
detector