Для чого необхідні розрахунки статики вікон?
Слово «статика» прийшло з грецької мови і означає науку про рівновагу твердих тіл в стані спокою.
В цілому, знання статики вікон дає можливість розрахувати несучі конструкції таким чином, щоб всі сили, наприклад, вітрові, змінні навантаження і власні сили тяжіння сприймалися віконним елементом і передавалися на несучі будівельні конструкції. Несучі конструкції самого віконного елемента повинні бути розраховані з запасом, щоб забезпечити тривалу працездатність (скління, щільність і свобода ходу стулок, герметизація об'єкта і т.д.). Природно, це має проводитися з урахуванням допустимих розмірів елементів і стулок, наданих розробником.
Статика вікон розглядає не всі деталі вікна, а тільки що містяться в ньому несучі елементи. Щоб спростити розрахунки, ці елементи представляються в ідеалізованому вигляді. В результаті отримують певні системи, для яких встановилися методи розрахунку, що зарекомендували себе позитивно протягом багатьох років. Підводячи підсумок, вихідні дані, необхідні для твори статичного розрахунку можна сформулювати наступним чином:
- відомості про зовнішні сили, які впливають на віконну конструкцію
- відомості про властивості застосовуваних матеріалів
- відомості про методи і методики розрахунку
Всі ці дані повинні бути представлені в теоретичної частини цього Нарису, щоб Ви, - шановні фахівці переробники ПВХ-профілю, мали можливість в будь-який момент провести розрахунок статичних навантажень віконного елемента.
Вікна та віконні елементи не призначені для сприйняття навантажень з боку будівельної конструкції. Для розрахунків окремих частин вікна обов'язково потрібно, щоб при максимально очікуваної навантаженні їх деформація не перевищила допустимого значення.
У зв'язку з тим, що елементи вікна з ПВХ мають невисоку несучу здатність, для поліпшення статики використовують додаткові елементи жорсткості. Ці сталеві або алюмінієві профілі вставляються в ПВХ-профіль або пригвинчуються зовні. Сталеві або алюмінієві елементи жорсткості, завдяки великому модулю пружності, навіть при малих перетинах роблять більший опір прогину в порівнянні з ПВХ. У РОЗДІЛІ Б більш детально розглядається залежність між модулем пружності, моментом інерції і розраховується на їх основі значення межі міцності при вигині.
Кріплення віконних елементів.
Як уже згадувалося, при великих замовленнях може виникнути критична ситуація, коли забудовник після закінчення робіт вимагає у виробника вікон підтвердження статичних параметрів. Відносно віконних елементів це може бути і справедливий-вим вимогою. Однак статичний розрахунок для кріпильних засобів і точок кріплення не обов'язково повинен бути завданням виробника вікон. Більшою мірою це завдання проектувальника. Він повинен так розрахувати параметри підвіконних стінок і віконних укосів, щоб при відстанях між креплени-ями, згідно DIN 18056, гарантірова-лась необхідна міцність укосів. Завдяки правильному вибору кріплення-них коштів і точок кріплення, забезпечують-ється рівномірна передача на будівельну конструкцію навантажень, що припадають на віконний елемент.
Відповідно до розділу Б «навантаження, що виникають в віконних отворах, необ-ходимо враховувати при проектирований будівлі». Тобто, місця для анкерних кріплень повинні бути визначені вже на стадії проектування будів-котельної конструкції. При цьому треба стежити за тим, щоб анкерні кріплення незменшували несучу здатність будівельних елементів, що примикають до віконних прорізів.
Для металопластикових вікон завжди повинні витримуватися відстані між точками закріплення в відпо-відно до рис. 1:
Відстані між точками закріплення для металопластикових вікон Фірми GEALAN
Більш детальна інформація «Кріплення та перенесення навантаження» є в нарисі "Монтаж".
Зовнішні сили, що впливають на конструкцію вікна.
На елементи вікна впливають різні навантаження, які повинні сприйнятий-маться профілем рами і металевими підсилювачами і передаватися на елементи будівельної конструкції. Їх можна поділити на власні, змінні і вітрові навантаження.
Під власними навантаженнями розуміється власна вага окремих елементів (наприклад, вага склопакета), який постійно впливає на несучі конструкції.
Змінні навантаження змінюються в залежності від розміру і точки прикладання. Наприклад, вони підсумовуються з власних навантажень під впливом людей і снігу.
Вітрові навантаження також відносяться до змінних навантажень. Однак, у зв'язку з тим, що вони, як правило, представляють собою основні навантаження при розрахунку несучої конструкції, то в рамках цієї практичного керівництва вони повинні розглядатися окремо.
Власна навантаження при розрахунку віконного елемента, як правило, не враховується. Власна вага заповнення враховується тільки при розрахунках фасадних конструк-цій або вікон, в яких на імпост доводиться навантаження склопакета або панелі- заповнення.
Власна вага складається з ваги конструкції (горизонтальний імпост) і ваги склопакета або панелі.
Власні навантаження позначаються буквами G (для зосередженого навантаження) і g (для рівномірно розподілених і поверхневих навантажень) як показано на рис. 2 .:
Власна навантаження G внаслідок скління або заповнення панелями:
Власна навантаження g внаслідок власної ваги для Середньопідвісні вікна:
Далі на прикладі показано як визначаються власні навантаження, що діють на горизонтальний імпост при глухому склінні. Власна навантаження склопакета направляється через несучі колодки на горизонтальний імпост або на конструкцію рами. В результаті при ідеальному розгляді на відстані, що дорівнює 1,5 довжини колодки, отмеренном від правого або лівого фальца, виникає зосереджене навантаження G. Її можна розрахувати відповідно до рівняння:
G = 0,5 * bv * hv * Σ Sv 25 кН / м3,
bv - ширина склопакета в [м];
hv - висота склопакета в [м]
Σ SV = сума товщини всіх стекол склопакета в [м];
Власна вага імпоста, включаючи сталь-ний елемент жорсткості, може в ідеальному випадку розглядатися як рівномірно розподілене навантаження. Величина навантаження залежить від площі поперечного перерізу імпоста і вставлений-ного всередину або пригвинченого зовні сталевого профілю. Її можна прийняти з запасом як 0,05 кН / м (тільки для імпоста зі вставленим елементом жорсткості) або розрахувати за допомогою наступного рівняння:
g = (АПВХ • 14,6 кН / м3 + AStahl • 78,5 кН / м3) • 104, де
g - рівномірно розподілене навантаження в [кН / м];
AПВХ - площа поперечного перерізу профілю ПВХ в [см2];
АStahl - площа поперечного перерізу сталевого профілю в [см2].
Під змінними навантаженнями на віконні конструкції, як правило, розуміють навантаження, що викликаються притулений або облокачіваніем на них людей. Для позначення використовуються літери Р (для зосереджених навантажень) і р (для рівномірно розподілених і поверхневих навантажень).
Відповідно до DIN 1 055 в будівлях, не призначених для суспільних потреб, наприклад, в житлових будинках для підвіконних стінок в розрахунок слід приймати горизонтальну розподілену навантаження, складову 0,5 кН / м. Для громадських будівель, таких, наприклад, як школи, церкви, театри або кінотеатри це значення має бути збільшено до 1,0 кН / м.
Слід враховувати додаткові вертикальні навантаження, якщо на імпости чиниться тиск, коли люди висовуються з вікна. В цьому випадку необхідно брати до уваги значення вертикальної рівномірно розподіленого навантаження, рівне 0,5 кН / м.
Вітрові навантаження, як правило, мають вирішальне значення для розрахунку статики вікон.
Вітрова навантаження є поверховою навантаженням і позначається буквою w. Між зоною тиску і зоною розрядження вітру при необхідності проводиться відмінність за допомогою позначень D і S або знаків «+» (тиск) і «-» (розрядження).
При розрахунку вікон і віконних прорізів необхідно враховувати вітрові навантаження згідно DIN тисячі п'ятьдесят-п'ять з урахуванням висоти забудови або форми будівлі. Величина вітрового навантаження будови залежить від його форми і висоти. Вона складається з сил тиску або розрядження і сил тертя:
w - тиск вітру на одиницю площі поверхні вікна [кН / м2];
ср - аеродинамічний коефіцієнт [-];
q - динамічний напір (див. таблицю 2.1) [кН / м2].
З урахуванням того факту, що швидкість вітру v залежить від висоти забудови, динамічних-ний натиск q вікна в DIN 1055 вказується для різних діапазонів висот. Якщо будівля, перебуваючи на крутому узвишші щодо прилеглої території, піддається особливо сильних вітрових навантажень, то динамічний напір береться як мінімум q = 1,1 [кН / м2].
Таблиця 2.1: Динамічний напір q відповідно до DIN 1055 (частина 4, таблиця 1)
Висота щодо прилеглої території (монтажна висота) h [м]
Швидкість вітру v [м / сек]
Динамічний напір q [кН / м2]
Аеродинамічний коефіцієнт тиску ср, що враховується для вітрових навантажень на вікна і фасади, розраховують за такою формулою:
ср - аеродинамічний коефіцієнт тиску [-].
сра - коефіцієнт тиску з зовнішнього боку [-].
СPL - коефіцієнт тиску з внутрішньої сторони [-].
... коефіцієнт тиску з зовнішнього боку СРА
слід вибирати згідно DIN 1055 відповідно до геометрією будівлі і положенням досліджуваної поверхні будівлі. Через те що ці значення усереднені по ширині будівлі, коеф-т тиску з зовнішнього боку СРА для окремих несучих елементів (наприклад імпости, з'єднання) повинен бути збільшений на 25%.
Для коеф-тів розрядження такого збільшення не потрібно з огляду на рівномірного розподілу навантажень, або ж коливання враховані в величині самого коеф-та.
При визначенні вітрових навантажень проектувальник повинен враховувати, що по краях будівель можуть виникати збільшені піки розрядження. Вони враховані за допомогою коеф-та для зовнішньої сторони Cpa = 2. При довжині будівлі менш 8м. ширина підвищеного розрядження становить 1м. Для будівлі з довжиною більше 8 м. ця зона складає 1/8 довжини будівлі. При цьому ширина розраховується зони розрядження не повинна перевищувати 2м.
... коефіцієнт тиску з внутрішньої сторони СPL
У зв'язку з тим, що зазвичай в будівлі є нещільності і іноді неправильно закриті віконні або дверні прорізи, коеф-т тиску з внутрішньої сторони має прийматися як правило Cpl = 0,2.
У табл. 2.2 наведені вітрові навантаження в залежності від виду будови, його положення, висоти будівлі для коеф-та тиску з зовнішнього боку Cpa = 0,8 або з внутрішньої сторони Cpl = 0,2.
Аеродинамічний коеф-т тиску cp розраховується для цих значень з урахуванням 25% збільшення зовнішнього коеф-та тиску за наступним рівнянням:
Таблиця 2.2: Вітрова навантаження w для аеродинамічного коеф-та Cpl = 1,2 при різній висоті забудови.
Висота забудови h [м]