Призначення розмірів елементів. Вибір перерізу віконного профілю. Правила розрахунку вітрових навантажень
Призначення розмірів елементів. Вибір перерізу віконного профілю. Правила розрахунку вітрових навантажень Вибір розмірів стулок і товщини профілю, а також схеми відкривання вікна визначається, з одного боку, архітектурно-композиційними і функціональними вимогами, з іншого - умовами роботи віконного блоку під дією статичних навантажень (вітрового навантаження, власної ваги скління і температурних напружень ). На рис. 9.1 показаний приклад загального вигляду віконного блоку, що розробляється на першій стадії проектування. На цій стадії бажано, щоб архітектором крім загальних товщин, утворених комбінацією профілів (коробка + стулка, імпост + стулки), їх матеріалу і кольору, були зазначені й бажані виступи коробки віконного блоку за контури стіни, що утворює віконний отвір (рис. 9.1в). При цьому визначальними будуть вимоги загальної фасадної композиції, а також збереження єдиного архітектурного стилю при заміні вікон у старій будівлі. Слід пам'ятати, що мінімально допустимий виступ профілярами (коробки) за край стіни, технологічно необхідний для установки москітної сітки, повинен складати 30 мм.
Конструктивно призначення розмірів елементів вікна і вибір схеми його відкривання визначаються статичним розрахунком віконного блоку на дію вітрових навантажень При цьому найбільшу складність при розрахунках і проектуванні представляють системи з використанням ПВХ-профілів. Наведемо основні положення розрахунку на вітрові навантаження відповідно до німецькими нормами DIN, оскільки на сьогоднішній день ця методика є найбільш відпрацьованою і широко застосовується вітчизняними фірмами. Згідно DIN I055 (новий стандарт DIN EN 12210), вітрове навантаження, залежно від висоти будівлі підрозділяється на чотири групи (рис. 9.2).
При дії вітрових навантажень і навантажень від ваги скління, віконні профілі будуть працювати на вигин. Характеристики профілю будуть визначатися Ј "(модулем Юнга табл. 9.2) і геометричними параметрами перерізу, що характеризується моментами інерції 1х і /. Напрямки осей X і У показані на рис. 9.3. Як вже зазначалося в розділі 2, з-за маленького значення модуля пружності ПВХ профілі повинні посилюватися сталевими вставками. З цієї причини в ряді джерел їх називають ще металопластиковими профілями. Велика різниця жорсткостей ПВХ і сталі є причиною того, що при розрахунках на силові навантаження жорсткістю ПВХ нехтують. При цьому вважають, що вітрове навантаження, що діє на вікно, сприймається несучими елементами - профілями рами, імпостів і поперечок, а навантаження від власної ваги скла при відчиненому вікні сприймається стулкою і через елементи фурнітури передається на раму. У випадку глухого скління власна вага скла сприймається рамним профілем і поперечиною. Допустимі деформації профілів визначаються згідно DIN 18056 Стіни з вікнами, вимірювання та виконання. Згідно з цими нормами, допустима деформація для імпоста і поперечного профілю прямокутно до поверхні вікна не може бути більше 1 / 300 профільної довжини. Розрахунок ІВХ профілів на дію вітрових навантажень і власної ваги скління зводиться до вибору їх армування і подальшого підбору перерізу профілю в залежності від обраної арматури. Розподіл даатенія повітряного потоку, яка виконує функції площинний навантаження на вікно, здійснюється через бісектриси кута відповідно до рис. 9.4, При розподілі навантажень під кутом 45Е в квадраті утворюються чотири трикутні поверхні, а у прямокутнику - дві трикутні і дві трапецевидні. Для визначення розміру У трикутної або трапецевидной навантаження ділиться навпіл найкоротша сторона. При цьому навантаження на раму приходить з однієї поверхні, а на імпост - з обох дотичних поверхонь.
Передбачається, що рама складається з окремих утворюють її вертикальних і горизонтальних елементів, шарнірно з'єднаних між собою. При цьому кожен окремий елемент, що піддається дії вітрового навантаження, розглядається як шарнірно оперта балка на двох опорах, навантажена рівномірно розподіленим навантаженням (рис. 9.5). Така схема відповідає конструкції метало-пластикові віконні рами (і стулки) (рис. 9.6), в якій не передбачається жорсткого зв'язку між армуючими сталевими елементами (див. розділ Технологія виробництва вікон із ПВХ).
Обчислення необхідного моменту інерції проводиться за формулою; де W - тиск вітру, [Н/мм2 або Па] у відповідності з групою вітрового навантаження (рис. 9.1); В - ширина епюри навантаження, [см]; L - довжина профілю, [см]; Е - модуль пружності, [Н/мм2 або Па], Е ~ 210 000 Н/мм2 для сталі; f - максимально допустима деформація , [см]. У загальному випадку f = L/300. Для склопакета з периметром скла більш як 240 см, f = 0.8 см. 1920 "const - постійна величина. Момент інерції, який вираховується за формулою (9.1), повинен бути визначений окремо для кожної області навантаження. Області навантаження, розташовані праворуч і ліворуч, не повинні складатися. Моменти інерції розраховуються окремо для кожної зі складових, і тільки потім сумуються. ПРИКЛАД 1 Вікно з жорстким імпостом і поперечиною (поперечним жорстким імпостом). Група вітрового навантаження А (рис. 9.2). Розміри на розрахунковій схемі дані в сантиметрах.
Вертикальний імпост
На підставі обчислених моментів інерції за каталогами віконної системи підбираються елементи армування необхідного перерізу, а потім ПВХ-профілі, в які це армування може бути встановлено. При цьому розраховані моменти інерції округлюються у більшу сторону до відповідних табличних значень. Необхідно відзначити, що всіма виробниками профілів розроблені спеціальні таблиці (додаток 4), за якими може бути проведений спрощений розрахунок необхідних моментів інерції для кожної конкретної системи. При проведенні статичних розрахунків слід особливо пам'ятати, що проектуються розміри вікна не повинні виходити за обмеження по допустимих максимальних розмірів таблиця яких розроблена кожним виробником профільної системи (додаток 6).
ПРИКЛАД 2 Вікно для двоповерхового будинку (група навантаження А, висота над поверхнею землі 0-8 м), розміром 2.1 х 1.5 м. Система профілів Veka Softline AD. Розміри на малюнку дані в сантиметрах.
ірина навантаження а 7.09 СМ4. Потаб; з товщиною комбінації рами 1хтреб 1х треб Сума необхідних моментів інерції 1х треб - 5.06 СМ4 За таблиці дод. 2 приймаємо сталевий прямокутний підсилювач 50 х 25мм з товщиною стінки 3 мм (1у = 3.99см4, Гх = 12.55см4). За дод. 1 приймаємо імпост 82 мм. Слід пам'ятати, що необхідний момент інерції може бути створений з'єднанням декількох окремих армуючих профілів. На практиці це завдання, як правило, зустрічається при проектуванні вітражів великої площі. При цьому, відповідно до технічних рекомендацій виробників профільних систем, конструктивна схема вітража вибудовується за рахунок додавання в нього спеціальних підсилювачів. У залежності від дизайнерських рішень, пропонованих архітектором, а також від специфіки монтажних умов для конкретного об'єкта, можуть бути прийняті різні варіанти установки підсилюють профілів з різною розрахунковою схемою. Для ілюстрації розглянемо приклад проектування вітража з застосуванням різних схем. ПРИКЛАД 3 Для будівлі висотою 15 м пропонуються елементи фасаду з наступними характеристиками: ширина 340 см, висота 250 см, підвіконна панель, глухе засклення, двері з глухою фрамугою. Необхідно прийняти конструктивне рішення вітража і підібрати підсилюють профілі. Поз. 1 - рама. Проліт I = 210 см. За табл. 1 дод. 4 знаходимо Ьстреб прямокутний підсилювач 40 х 30 За дод. 1 приймаємо раму 82 мм; Поз. 2. - Імпост. Проліт I = 150 сь Ширина навантаження а = 75 см. Ширина навантаження b - 30 см. нріл.2 приймаємо сталевий 3 мм (1х = 8.18см4, у = "5.05см4). 82 мм зі стулкою 82.5 мм. 3.14 СМ4 1.92 СМ4
Як видно з наведених розрахунків, стійкість вертикального імпоста вітража, показаного на рис. 9.7. в (поз. 1), по відношенню до вітрового навантаження може бути забезпечена за рахунок потужного підсилюючого профілю (арт. 113 061 системи VEKA Softline - дод. 2 - момент інерції 1х = 58.60 СМ4), момент інерції якого перевищує необхідну значення - 1х треб .= 40,1 СМ4. У цьому випадку армуючі вкладиші рамних профілів, що з'єднуються підсилювачем, фактично не приймаються в розрахунок при дії вітрового навантаження, а працюють в загальній схемі вітража виключно як елементи, що забезпечують жорсткість - як конструкції в цілому, так і окремих рам, з яких збирається вітраж. Кожна з рам доставляється до місця монтажу окремо, і в цьому випадку до кожної з них може бути застосований такий термін як відправних елементів або відправних марка. Необхідний момент інерції горизонтальної поперечини (поз. 2) набраний у даному випадку як сума моментів інерції армуючого профілю імпоста (арт. 113 025 системи VEKA Softline - дод. 2 - момент інерції Ix - 2.32 СМ4) і підсилювача (арт. 113.011.3 системи VEKA Softline - дод. 2 - момент інерції 1х = 2739 СМ4). Таким чином, сумарний момент інерції становить 1х = 2.32 СМ4 4 - 27.39 СМ4 = 29.71 СМ4, що перевищує необхідний 1х треб, - 28,7 СМ4; а армуючий профіль імпоста і підсилювач, що прикручують саморізом, в даному випадку працюють спільно. Слід зазначити, що прийнята в даному випадку конструкція вітража припускає розподіл його по вертикалі на дві відправні марки - рами, розміром 2.4 х 2.5 м та 1.0 x2.5 м, що зручно для транспортування і монтажу. Конструктивне рішення вітража, описане вище в прикладі 3, безсумнівно представляється зручним з точки зору уніфікації виробництва і технології монтажу конструкцій. Однак слід зазначити, що елементи дроблення скління, утворені спареними рамними профілями, непривабливі естетично і грубо виглядають з точки зору архітекторів. Ця причина є серйозною перешкодою для застосування скління із ПВХ на багатьох будівельних об'єктах. Крім того, як показує досвід установки та експлуатації вітражів з ПВХ у вітчизняних умовах, така схема виправдовує себе тільки при вирішенні досить вузького спектру завдань, - таких як скління невеликих вітрин, балконів і перегородок, які встановлюються всередині приміщення. У більш складних випадках - при склінні навіть невеликих за площею стін зимових садів, павільйонів або фасадів, тобто там де безпосередньо потрібна просторова жорсткість конструкції, такий підхід, як правило, виявляє свою неспроможність, оскільки окремо прикріплюються до профілів та не з'єднані між собою підсилювачі не в змозі забезпечити роботу вітража із площини. При цьому армування окремих відправних елементів - рам, як відомо, також не з'єднується між собою в кутах. У результаті схильність ПВХ значним температурним деформаціям призводить до того, що окремі рами, з'єднані підсилювачами, вигинаються в кутах. При цьому самі кути, не мають армування, є численними пластичними шарнірами - слабким місцем навіть і по відношенню до вітрового навантаження. В даний час вже чимало фірм замінюють схему, описану вище, на комбінацію ПВХ-профілів із зварним жорстким металевим каркасом, що сприймає всі статичні навантаження. Каркас з прямокутних труб, що повторює заданий дроблення вітража імпостами, зварюється і встановлюється безпосередньо на будмайданчику, після чого на ньому закріплюються рами з ПВХ, або їх окремі елементи, виготовлені в заводських умовах. Таке рішення, безумовно, більш незручно з точки зору технології, однак при цьому воно дозволяє значно розширити можливості ПВХ-профілів з точки зору застосування в вітражних конструкціях різного типу та конфігурації. Прикладом такого рішення може служити фасад індивідуального житлового будинку,
показаний на рис. 9.8, скління якого має негативний кут нахилу. Профілі імпоста, закріплені на жорсткій несучій рамі (а не спарені профілі рам у традиційному рішенні), надають склінню зорову легкість, а ламінування під дерево (практично неможливе для алюмінію) дозволяє конструкції з ПВХ добре гармоніювати з фасадом будинку з оціліндро-ванних колод.
де W - тиск вітру, [Н/мм2 або Па] у відповідності з групою вітрового навантаження (рис. 9.1); В - ширина епюри навантаження, [см]; L - довжина профілю, [см]; Е - модуль пружності, [Н/мм2 або Па], Е ~ 210 000 Н/мм2 для сталі; f - максимально допустима деформація , [см]. У загальному випадку f = L/300. Для склопакета з периметром скла більш як 240 см, f = 0.8 см. 1920 "const - постійна величина. Момент інерції, який вираховується за формулою (9.1), повинен бути визначений окремо для кожної області навантаження. Області навантаження, розташовані праворуч і ліворуч, не повинні складатися. Моменти інерції розраховуються окремо для кожної зі складових, і тільки потім сумуються. ПРИКЛАД 1 Вікно з жорстким імпостом і поперечиною (поперечним жорстким імпостом). Група вітрового навантаження А (рис. 9.2). Розміри на розрахунковій схемі дані в сантиметрах.
