Блог проектировщика

Статика, раздел В

Ограничение размеров элементов.

Прежде чем определить размеры несущей оконной конструкции, необходимо проверить, не превышаются ли максимально допустимые размеры элементов. В фирме GEALAN различают белый и покрытый пленкой профиль (декоративное покрытие под дерево) или коэкструдированный (акрилколор) профиль. Ограничение размеров элементов гарантирует надежную эксплуатацию оконных элементов. Однако, они должны обеспечивать также возможность надлежащего монтажа и дальнейшее функционирование стыковых пазов в течение длительного времени.

Если размеры рам слишком велики, то в результате изменения длины от температурного воздействия в угловых участках могут возникать напряжения, в результате которых в углах могут возникнуть трещины. Что касается створок, то ограничения размеров должны обеспечить надежную передачу нагрузки через петли на раму. Следующая важная причина соблюдения размеров створок состоит в том, что слишком большие створки могут подвергаться деформации и в результате стать непригодными для эксплуатации.

 

Определение направления нагрузки.

Стальной элемент жесткости для профиля из ПВХ, как уже объяснялось в РАЗДЕЛЕ Б, имеет два разных момента инерции в направлении двух основных осей. Таким образом, и прочность на изгиб по каждой оси различна. При определении размеров несущей оконной конструкции важно не перепутать две основных оси. В оконной технологии, в отличие от статики строительства, договорились о том, что ось х лежит в плоскости профиля, а ось у выходит из плоскости окна см эскиз:

draft_18

В целях упрощения принимают, что ветровые нагрузки действуют вертикально к плоскости окна, т.е. в направлении оси у.

(комментарий ном.8: Мы здесь не затрагиваем оконные конструкции установленные не вертикально – всякие мансардные окна встраиваемые параллельно с наклонной крышей. – для таких окон, необходимо полученную величину ветровой нагрузки умножать на:  cos2a. Где a — это угол наклона конструкции к горизонту. Находится в диапазоне от 0град. до 90 град.. Например a=90град. — это вертикально стоящая конструкция)

Таким образом, для определения достаточных размеров решающим является значение lxэлемента жесткости и профиля ПВХ. Собственный вес остекления или панели нагружает несущую конструкцию (раму, импост) в плоскости окна, т.е. в направлении оси х. Таким образом, при определении размеров должно использоваться значение ly элемента жесткости и профиля ПВХ.

 

Ограничение прогиба.

[а] … прогиб перпендикулярно к плоскости окна (например, в результате ветровой нагрузки)

Для фасадных конструкций максимально допустимый прогиб установлен в DIN 18056.

Расчетный прогиб для вертикальных и горизонтальных импостов и соединений в случае самой неблагоприятной нагрузки при пролете до 300 см должен быть не более L/200, а при пролетах более 300 см не более L/300.

Если оконный элемент не соответствует DIN 18056, т.е. если речь идет об «одиночном окне», то допустимый максимальный прогиб в любом случае должен ограничиваться величиной L/300.

Всегда следует проверять, не превышается ли допустимый прогиб стекол при максимально допустимой деформации элементов. Обычно изготовители стекла допускают максимальный прогиб стеклопакетов до 0,8 см. При использовании нестандартных стекол рекомендуется обратиться к изготовителям стеклопакетов.

(комментарий ном.9: В РФ на данный момент нет требований регламентирующих прогиб стекол в стеклопакете в экстремальном эксплуатационном режиме. Есть правда ГОСТ 24866-99 пункт 3.9 и раздел 8 пункт 8.1 говорящие о том что плоскостность (линзообразование) должно составлять не более 0,001 длины наименьшой стороны стеклопакета при следующих условиях: температура газа внутри стеклопакета в диапазоне от +10 град. до +30 град. Цельсия, и атм. давлении воздуха от 730 мм.рт.ст. до 770 мм.рт.ст. Но эти условия относятся скорее к производству стеклопакетов, чем к повседневной эксплуатации стеклопакета. Так что зимой данные пункты не действуют в связи с тем что температура в межстекольном пространстве составляет как правило менее +10 град. Цельсия)

 

Согласно следующей формуле можно рассчитать величину прогиба оконного стекла с учетом максимально допустимого прогиба оконного элемента, состоящего из двух частей.

f’= fzul(L’/L)2,

где

f’- максимальный прогиб стекла (см);

fzul — максимально допустимая деформация оконной конструкции (см);

L’ — системная высота поля где определяется прогиб стеклопакета (см);

L – высота оконного элемента.

draft_19

[b]… прогиб в плоскости окна (например, под собственной нагрузкой)

Максимально допустимый прогиб в плоскости окна не регламентируется никакими техническими инструкциями.

В связи с тем, что человеческий глаз очень чутко реагирует на малейшие видимые деформации горизонтальных поверхностей, целесообразно сформулировать более жесткие критерии для прогиба в плоскости окна.

Для жесткого остекления элементов окна при длине горизонтального импоста до 1 м допустимый прогиб должен составлять максимум 3 мм. Для длины поперечного импоста от 1 м до 3 м расчетный прогиб не должен превышать L/500.

Для обеспечения полноценной эксплуатации оконных створок допустимый прогиб для створки должен максимально составлять 3 мм. Допустимый прогиб от облокачивания на окна людей (вертикально переменная нагрузка р = 0,5 кН/м) должен быть ограничен величиной L/300 или размером зазора фальца, теоретически равным 9 мм. Это допустимо, т.к. переменные нагрузки действуют не постоянно.

(комментарий ном.10: В РФ надо учитывать Актуализированную версию “Нагрузки и воздействия”)

 

Распределение ветровой нагрузки.

Для упрощения допустим, что ветровая нагрузка распределена под углом 45° см. эскиз. Такое распределение может вызывать как треугольные, так и трапециевидные нагрузки для различных частей рамы. Ширину треугольной и трапециевидной нагрузки можно получить при делении самой короткой стороны поля элемента на 2.

При нагрузках на импосты и соединения необходимо обратить внимание, что эти элементы получают части нагрузок от обоих приграничных элементов оконной конструкции. В этом случае в расчете следует всегда учитывать две нагрузочные площади с соответствующей шириной нагрузки.

 

Распределение ветровой нагрузки:

draft_20a

Необходимые элементы жесткости для импостов и соединений.

При расчете собственных, переменных и ветровых нагрузок в качестве модели для расчета берется несущая (балка), свободно расположенная на двух опорах. На нее воздействуют нагрузки, прописанные в РАЗДЕЛЕ Б. Крепление рамы не учитывается, т.к. в соответствии с DIN 18 056 оно может учитываться только тогда, когда оно конструктивно обосновано. Хотя такое крепление в определенном смысле и существует (горизонтальные и вертикальные импосты закреплены в раме и создают в ней скручивающую нагрузку), но оно не учитывается, и, таким образом, расчет приобретает дополнительную надежность.

Также это касается отказа от учета повышения жесткости за счет стеклопакета или наполнителя, которое нельзя учитывать согласно DIN 18056. Следующие формулы преобразованы таким образом, чтобы для соответствующей нагрузки можно было получить требуемый момент инерции при свободно выбираемой величине прогиба. Следует не забывать вносить Е-модуль материала профиля жесткости в соответствующее уравнение

 

[ а] … определение требуемого момента инерции при собственной нагрузке.

 

draft_21ab

lY erf — требуемый момент инерции в ре­зультате вертикальной нагрузки (см4);

g — собственная нагрузка импоста (кН/м);

G — половина собственной нагрузки стеклопакета (кН);

а — расстояние от точек приложения сосредоточенных нагрузок до точек прилегания опор;

L   -ширина пролета (см);

Е  — модуль упругости (кН/см2);

(комментарий ном.11: к примеру 1МПа=0,1kN/см2

Модуль упругости стали: 2 000 000 кг/см2  = 20590kN/см2   )

fzul — максимально допустимая деформация оконной конструкции (см).

 

[ b]… определение требуемого момента инерции при переменной нагрузке.

draft_22a

lX erf — требуемый момент инерции в результате горизонтальной нагрузки (см4);

lY erf — требуемый момент инерции в результате вертикальной нагрузки (см4);

Ph -переменная нагрузка (кН/м) в горизонтальном направлении;

Pv — переменная нагрузка (кН/м) в вертикальном направлении;

L — ширина пролета (см);

E — модуль упругости (кН/см2);

fzul — допустимый прогиб (см)

 

 

[ с]… определение требуемого момента инерции при ветровой нагрузке.

draft_23a

draft_23b

lX erf — требуемый момент инерции в результате горизонтальной нагрузки (см4);

w — ветровая нагрузка (кН/м2);

а — ширина нагрузки (см);

L -ширина пролета (см);

Е — модуль упругости (кН/см2);

fzul — допустимый прогиб (см)

 

Неучтенные составляющие нагрузки.

При расчете фасадных конструкций может возникнуть ситуация, когда у соединяемых элементов ширина оказывается больше высоты, и в результате значительная доля нагрузки остается неучтенной (рис. 4.5). Эта часть нагрузки учитывается как дополнительная сосредоточенная нагрузка. Величина этой сосредоточенной нагрузки равна площади неучтенной части нагрузки, умноженной на значение ветровой нагрузки W. Сосредоточенная нагрузка оказывает дополнительное давление на соединение элементов на высоте импоста.

draft_24a

draft_24b

lX erf — требуемый момент инерции в результате сосредоточенной нагрузки (см4);

w — ветровая нагрузка (кН/м2);

А – площадь неучтенной доли нагрузки (м2);

L -ширина пролета (см);

Е — модуль упругости (кН/см2);

fzul — допустимый прогиб (см)

 

Несущие, зажатые между двумя опорами.

В случае больших размеров, наличия элемента жесткости в ПВХ-профиле не всегда достаточно. Даже при использовании толстостенных элементов жесткости требования по статике обычно не выполняются. В этом случае есть возможность дополнительно закрепить элемент жесткости на ПВХ-профиле (например, с использованием пилястрового профиля).

Так как требуемые моменты инерции возрастают значительно быстрее величины ширины пролета, то предположение о свободно лежащей на двух опорах несущей не имеет смысла. В этих случаях необходимо обеспечить, чтобы пилястровый профиль был закреплен не только на импосте, но и зажат с двух сторон в строительной конструкции.

За счет этого величина необходимого для повышения жесткости момента инерции может быть снижена на 1/5 по сравнению со случаем подвижных опор. Дополнительное крепление допускается только непосредственно к основной статической строительной конструкции (в стену, а не в декоративные панели или облицовку). Таким образом, должно быть гарантировано, что нагрузки, прежде всего моменты, возникающие в результате зажима пилястровых профилей, будут восприниматься строительной конструкцией. Учитывая то, что данная система требует значительных инженерных расчетов, не рекомендуется использование этой системы статики при небольших заказах.

draft_25a

lX erf  — требуемый момент инерции в результате горизонтальной нагрузки (см4);

w — ветровая нагрузка (кН/м2);

a — ширина нагрузки (см);

L  - ширина пролета (см);

E  - модуль упругости (кН/см2);

fzul — допустимый прогиб (см)

 

Резюме.

В данном разделе по статике были описаны методы определения требуемого момента инерции для различных случаев нагружения и различных видов нагрузки. Далее кратко еще раз приводится последовательность расчета статики оконного элемента:

  • Общий вид в масштабе с размерами;
  • Распределение элементов с учетом максимально допустимых размеров элементов;
  • Разделение на отдельные участки ветровой нагрузки и проверка пиков разряжения;
  • Последовательность несущих элементов в соответствии с “протеканием нагрузки”;
  • Определение требуемых моментов инерции для каждого профиля или соединения:

a – длина системы,

b – первая/вторая ширина нагрузки,

c – максимальная монтажная высота/ветровая нагрузка,

d – определение требуемого момента инерции для каждой ширины нагрузки и при необходимости сложение обеих величин,

  • Выбор профиля/соединения и стального элемента жесткости.

 

 

Навигация

Предыдущая статья: ←

Следующая статья:

Архивы
Наверх