Стоит ли экономить на армирующем профиле

Окна и двери из ПВХ профиля, в течение последнего десятилетия, получили весьма широкое распространение и заслуженное уважение, а также интерес потребителей. Действительно, окна из ПВХ профиля обладают рядом неоспоримых достоинств. Среди этих достоинств находятся высокая тепло и звукоизоляция, простота в уходе за окнами, устойчивость к атмосферным воздействиям, солнечному излучению, повышенной влажности и перепадам температур. Окна из ПВХ несут тишину, тепло, уют и комфорт в дома потребителей.

Рынок производства и продаж светопрозрачных конструкций разросся и окреп. Сотни предприятий предлагают свою продукцию, на этом рынке. Если в начале девяностых годов прошлого тысячелетия окна из ПВХ профиля были привилегией элиты и, в силу своей высокой стоимости, были недоступны большинству потребителей, то уже к началу нынешнего века они стали общедоступными. Не очень сложная технология производства позволила открывать не только крупные предприятия по производству окон, но и средние и мелкие производственные цеха, которые размещались даже в индивидуальных гаражах. Все они не покладая рук усердно трудились для удовлетворения всё возрастающего спроса на новые окна. Вскоре, рынок оказался насыщенным предложением и обострилась конкуренция между производителями. Если поначалу, просто названия «металлопластиковые окна», было достаточно для обеспечения притока обращений и заказов, то, с течением времени, этого уже оказалось мало, ссылки на названия европейских брендов изготовителей профиля так же не принесли ожидаемых улучшений. Многие предприятия, научившись изготавливать окна, не нашли другого конкурентного преимущества, кроме низкой цены. Это самый очевидный и доступный для понимания путь. Однако, не самый лучший. Идя по этому пути, невозможно совершенствоваться бесконечно. Можно до минимума сократить накладные расходы, до минимума снизить рентабельность, но рано или поздно, цена упрётся в себестоимость и в стоимость материалов.

Как можно сэкономить на материалах? Только заменой дорогих и качественных материалов дешёвыми и низкого качества. Удешевление возможно исключительно за счёт качества и в ущерб качеству конечного продукта. Разговоры о том, что некий продукт может быть «такой же, но дешевле», как минимум, не состоятельны. Так называемая «плата за имя», конечно же, существует, но она, в подавляющем большинстве случаев, основана на традиционных качестве и надёжности продукта.

Не станем останавливаться на обсуждении достоинств и недостатков различных профильных и фурнитурных систем. Выбор того или иного профиля или фурнитуры является, с моей точки зрения, вопросом личных предпочтений. В большинстве случаев, при выборе окон, руководствуются именем производителя профиля, системной глубиной профиля, количеством воздушных камер внутри профиля, устойчивостью цвета профиля или возможностью его декорирования под дерево. Интересуются именем производителя фурнитуры, её функциональными возможностями и наличием опциональных, дополнительных функциональных возможностей и элементов, таких как ступенчатое откидывание, зимнее проветривание, приподниматель створки, противостояние взлому, защита от захлопывания или от открывания детьми. Кроме того, особенно в последнее время, интересуются типом стекла в стеклопакетах, формулой и характеристиками стеклопакетов. Это правильно, это очень важные критерии выбора, однако, это далеко не все конструктивные элементы, влияющие на качество окон.

Неотъемлемым элементом любого окна из ПВХ профиля является стальной армирующий профиль. Именно поэтому, эти окна и называются металлопластиковыми. Стальной армирующий профиль придаёт окнам механическую прочность и позволяет противостоять изгибанию элементов окна под действием нагрузок ветрового давления, изгибанию вследствие температурного расширения ПВХ профиля, при различных температурах наружной и внутренней сторон окна и изменениям размеров окна при смене температуры, позволяет выдерживать вес стеклопакетов.

Основной задачей армирующего профиля, является его сопротивление изгибу и скручиванию. Количественным показателем сопротивления армирующего профиля изгибу является не столько толщина стального листа, из которого изготовлен профиль, не только конфигурация или форма профиля, а в большей степени, момент инерции сечения профиля и модуль упругости материала армирующего профиля. Чем больше момент инерции сечения профиля и модуль упругости материала из которого он изготовлен, тем выше сопротивление изгибу профиля.

Модуль упругости (модуль Юнга), кратко Е-модуль, является величиной, зависящей от свойств самого материала. Модуль упругости это та величина нагрузки, при которой стержень из данного материала удлиняется (без потери упругих свойств) вдвое по отношению к ненагруженному образцу. Таким образом, Е-модуль является величиной, характеризующей способность профиля сопротивляться упругой деформации. Величина модуля упругости измеряется в Паскалях (Па). В таблице приведены Е-модули различных материалов, используемых при производстве окон:

Из-за маленького значения Е-модуля ПВХ профили должны усиливаться. Из приведённой выше таблицы видно, что оптимальным материалом для профиля, увеличивающего жёсткость, является сталь. Большая разница жесткостей ПВХ и стали является причиной того, что при расчетах на силовые нагрузки, жесткостью ПВХ пренебрегают.

Момент инерции, в отличие от модуля упругости, зависит не от материала, из которого изготовлен профиль, а от его геометрических размеров, формы и конфигурации. Это скалярная физическая величина, характеризующая распределение масс в теле, равная сумме произведений элементарных масс на квадрат их расстояний до базового множества (точки, прямой или плоскости). Существует несколько видов моментов инерции. Нас интересует геометрический момент инерции. Геометрический момент инерции — геометрическая характеристика сечения, пропорциональная площади сечения и квадратно пропорциональная расстоянию до этого сечения. Геометрический момент инерции не связан с движением материала, он лишь отражает степень жесткости и взаимного расположения различных элементов конструкции. Значения моментов инерции армирующих профилей, рекомендованных производителем ПВХ профиля, указываются, как правило, в предоставляемой изготовителю окон технической документации. Солидные европейские производители ПВХ профиля предлагают набор из нескольких видов армирующего профиля, предназначенных для использования в условиях различных ветровых нагрузок. Величина момента инерции измеряется в сантиметрах в четвёртой степени (см⁴).

Момент инерции сечения армирующего профиля можно рассчитать и самостоятельно. Сначала определяют точку пересечения координатных осей. Точкой пересечения координатных осей, при определении момента инерции, является общий геометрический центр площадей сечения профиля или центр масс сечения профиля. В замкнутых профилях прямоугольного или круглого сечения точка пересечения координатных осей находится в их геометрическом центре. Для определения общего геометрического центра площадей сечения профилей сложной формы необходимо условно разделить сечение на элементы, определить геометрические центры площадей каждого элемента в отдельности, а затем, определить общий геометрический центр площадей сечения профиля.

Площадь прямоугольных и параллелограммных элементов определяют по формуле:

• Share

Смещение геометрического центра площадей относительно габаритов элемента:

• Share

где L – длина элемента, t – толщина стенки элемента.

Площадь радиусных элементов определяют по формулам:

Кольца:

• Share

Полукольца:

• Share

Четверти кольца:

• Share

Смещение геометрического центра площадей относительно центра окружности:

Полукольца:

• Share

Четверти кольца:

• Share

где R – наружный радиус кольца, r – внутренний радиус кольца.

Определив общий геометрический центр площадей элементов сечения профиля, принимаем его за центр координат при определении момента инерции сечения профиля.

Для определения момента инерции сечения профиля сложной формы, необходимо разделить сечение на элементы простой формы, определить моменты инерции каждого элемента и сложить полученные результаты. Если элемент делится на части осью координат, момент инерции каждой части элемента рассчитывается отдельно, результаты вычислений складываются.

Момент инерции прямоугольных элементов, примыкающих к оси координат под прямым углом, рассчитывается по формуле:

• Share

где L – длина элемента, t – толщина стенки элемента.

Момент инерции параллелограммных элементов, примыкающих к оси координат под непрямым углом, рассчитывается по формуле:

• Share

где Н – высота элемента, по отношению к оси координат, t – толщина стенки элемента, a – угол отклонения от прямого угла между элементом и осью координат.

Или

• Share

где Н – высота элемента, по отношению к оси координат, t – толщина стенки элемента, a – угол между элементом и осью координат.

Момент инерции прямоугольных элементов, параллельных оси координат и отстоящих от неё на расстоянии H рассчитывается по формуле:

• Share

где L – длина элемента, t – толщина стенки элемента, Н – расстояние от элемента до оси координат.

Момент инерции параллелограммных элементов, находящихся под непрямым углом к оси координат и отстоящих от неё на расстоянии Н, рассчитывается по формуле:

• Share

где В – длина проекции элемента на ось координат, h - высота элемента, Н - высота элемента, по отношению к оси координат, t – толщина стенки элемента, a– угол между элементом и осью координат.

Или

• Share

где L – длина элемента, h - высота элемента, Н - высота элемента, по отношению к оси координат, t – толщина стенки элемента, a – угол между элементом и осью координат.

Моменты инерции радиусных элементов определяются по формулам:

Кольца:

• Share

Если центр окружности элемента находится между элементом и осью координат:

Полукольца:

• Share

Четверти кольца:

• Share

Если центр окружности элемента находится за элементом от оси координат:

Полукольца:

• Share

Четверти кольца:

• Share

где D – наружный диаметр кольца, d – внутренний диаметр кольца, R – наружный радиус кольца, r – внутренний радиус кольца, Н – расстояние от центра окружности элемента до оси координат.

Момент инерции треугольника с основанием B и высотой H относительно оси проходящей через основание:

• Share

Момент инерции треугольника с основанием параллельным оси координат и вершиной на самой оси:

• Share

где B – основание треугольника, параллельное оси координат; Н – высота треугольника, перпендикулярная оси координат.

Каждая конструкция из ПВХ профиля, будь то окно, балконная дверь, балконное остекление, или любое другое изделие, на этапе проектирования или конструирования, должны быть рассчитаны на сопротивление ветровым нагрузкам, которым они будут подвержены в течение срока эксплуатации. Это называется статический расчёт строительного элемента. Он имеет своей целью привести доказательство того, что элемент с заданной надёжностью выдержит действующие на него нагрузки без остаточных деформаций и разрушения. При этом все действующие на окно силы должны быть переданы на несущие элементы здания. Достаточность прочности профиля определяется величиной прогиба, вызванного ветровой нагрузкой, собственным весом элементов окна и другими нагрузками.

• Share

На рисунке показаны направления основных сил, воздействующих на окно.

Максимально допустимый прогиб окон и балконных дверей под действием расчётных ветровых нагрузок согласно ДСТУ Б В. 2. 6 – 15 - 99 «Конструкции зданий и сооружений. Окна и двери поливинилхлоридные. Общие технические условия», при длине элементов до трёх метров, не должен превышать 1/200 длины прогона. Для изделий, размером свыше трёх метров (по индивидуальным заказам), прогиб должен быть не больше 1/300 длины прогона, причём в конструкциях, застеклённых стеклопакетами, - не более 8 мм на каждый стеклопакет. Немецкие нормы более требовательны, Допустимые деформации немецких профилей определяются согласно DIN 18056 "Стены с окнами, измерения и исполнения". Согласно этим нормам, допустимая деформация для импоста и поперечного профиля прямоугольного к поверхности окна не может быть более 1/300 профильной длины, 0,8 см для стеклопакета с длиной стороны более 240 см.

Приведу основные положения расчета на ветровые нагрузки в соответствии с немецкими нормами DIN, поскольку на сегодняшний день эта методика является наиболее простой, понятной и широко применяемой российскими и украинскими фирмами. Кроме того, значения ветровых нагрузок согласно DIN 1055 более жёсткие, чем по ДБН В.1.2-2:2006. Согласно DIN 1055 ветровая нагрузка, в зависимости от высоты здания, подразделяется на четыре группы:

Согласно ДБН В.1.2-2:2006 «Система обеспечения надёжности и безопасности строительных объектов. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования», расчёт ветровых нагрузок более сложный, но позволяющий более точно определить величину ветровой нагрузки с учётом к специфичным условиям местности, в которой расположен объект остекления. Предельное расчетное значение ветровой нагрузки определяется по формуле:

W_m=y_fmW₀C;

где y_fm – коэффициент надёжности по предельному значению ветровой нагрузки определяется в зависимости от периода повторяемости. Для объектов массового строительства, допускается средний период повторяемости принимать равным установленному сроку эксплуатации сооружения. При сроке эксплуатации равном 50 годам, y_fm равен одинице.

W₀ - характеристическое значение ветрового давления, равное средней (статистической) составляющей давления ветра на высоте 10 м, которое может быть превышено, в среднем, один раз в пятьдесят лет, определяемое, в зависимости от ветрового района по карте или по приложению Е ДБН В.1.2-2:2006.

• Share

С – коэффициент упрощённо определяется по формуле:

С = C_h C_alt C_rel C_dir C_d;

где C_h – коэффициент высоты сооружения, учитывающий увеличение ветровой нагрузки, в зависимости от высоты сооружения или его рассматриваемой части над поверхностью земли (Z), типа окружающей местности. Типы местности, окружающие здание или сооружение, определяются для каждого расчётного направления ветра в отдельности:

I – открытые поверхности морей, озёр, а также плоские равнины без препятствий, подвергающиеся действию ветра на участке более 3 км;

II – сельская местность с оградами (заборами), небольшими сооружениями, домами и деревьями;

III – пригородные и промышленные зоны, протяжённые лесные массивы;

IV – городские территории, на которых по крайней мере 15% поверхности заняты зданиями, имеющими среднюю высоту более 15 м.

При определении типа местности сооружение считается расположенным на местности данного типа для определённого расчётного направления ветра, если в рассматриваемом направлении такая местность имеется на расстоянии 30Z при полной высоте сооружения Z<60 м или 2 км при большей высоте. В случае, если сооружение на границе местностей различного типа либо имеются сомнения относительно выбора типа местности, следует принимать тип местности, обеспечивающий большее значение коэффициента Ch. Коэффициент Ch определяют по таблице. Промежуточные значения коэффициента Ch определяют линейной интерполяцией.

C_alt – коэффициент географической высоты учитывает высоту Н (в километрах) размещения строительного объекта над уровнем моря и определяется по формуле:

C_alt = 2H (H > 0,5 км);

C_alt = 1 (H <=0,5 км);

C_rel – коэффициент рельефа, учитывающий микрорельеф местности вблизи площадки, на которой расположен строительный объект. Коэффициент рельефа принимается равным единице, за исключением случаев, когда объект строительства расположен на холме или склоне. Коэффициент рельефа следует учитывать в том случае, когда сооружение расположено на холме или склоне на расстоянии от начала склона не менее чем половина длины склона или полторы высоты холма. Коэффициент рельефа определяется по формулам:

C_rel=1, при [фи]<0.05;

C_rel=1+2S[фи], при 0.05<[фи]<0.3;

C_rel=1+0.6, при [фи]>0.3;

где [фи] - уклон с заветренной стороны; S – коэффициент, определяемый по рисункам для склонов и холмов.

Коэффициент S для склонов.

• Share

Коэффициент S для холмов.

• Share

На рисунках обозначено:

[фи] - уклон H/L с заветренной стороны; Lu – проекция длины подветренного склона на горизонталь; Ld – проекция длины заветренного склона на горизонталь; Н – высота холма или склона; Х – расстояние по горизонтали от сооружения до вершины; Z – расстояние по вертикали от поверхности земли до сооружения; Le – эффективная длина подветренного склона (L_e=L при 0,05< [фи] <0,3; L_e=3,3H при [фи] >0,3).

C_dir – коэффициент направления учитывает неравномерность ветровой нагрузки и, как правило, принимается равным единице. Значение C_dir, отличное от единицы, допускается учитывать при специальном обосновании только для открытой равнинной местности и при наличии значительных статистических данных.

C_d – коэффициент динамичности учитывает влияние пульсационной составляющей ветровой нагрузки и пространственную корреляцию ветрового давления на сооружение. Для основных типов зданий и сооружений значения C_d определяются по графикам. Указанные на рисунках ширина и диаметр приняты в сечении перпендикулярном ветровому потоку. Значения C_d следует принимать по левой кривой соответствующего графика.

• Share

Для каменных зданий и зданий с ж/б каркасом

• Share

Для зданий со стальным каркасом

• Share

Для зданий со сталебетонным каркасом

Поскольку рама достаточно жёстко крепится в проёме, статический расчёт, в основном, проводится для импостов. Если по каким-либо причинам не выполняется условие по максимальному расстоянию между точками крепления 700 мм, то производится и расчёт свободной длины профиля рамы, аналогично расчёту импоста.

Распределение давления воздушного потока, действующего в качестве плоскостной нагрузки на окно, осуществляется через биссектрису угла в соответствии с изображениями на рисунках. При распределении нагрузок под углом 45°, в квадрате образуются четыре треугольные поверхности, а в прямоугольнике - две треугольные и две трапециевидные. Для определения размера В треугольной или трапециевидной нагрузки делится пополам самая короткая сторона. При этом нагрузка на раму приходит с одной поверхности, а на импост или стык блоков - с обеих соприкасающихся поверхностей.

• Share

Предполагается, что рама состоит из отдельных образующих ее вертикальных и горизонтальных элементов, шарнирно соединенных между собой. При этом каждый отдельный элемент, подвергающийся воздействию ветровой нагрузки, рассматривается как шарнирно опертая балка на двух опорах, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой. Такая схема соответствует конструкции металлопластиковой оконной рамы (и створки), в которой не предполагается жесткой связи между армирующими стальными элементами (причина - в значительном удешевлении за счет этого технологии изготовления окон). Хотя соединение профилей импостов с рамой обеспечивает некоторую жёсткость заделки, для увеличения надёжности при расчётах это не учитывается.

• Share

Формула для расчёта необходимого момента инерции для обеспечения допустимого прогиба при заданных размерах окна и ветровой нагрузки:

• Share

где w – давление ветра (Н/мм²); B – ширина эпюры нагружения (см); L – длина профиля (см); E – Е-модуль (Н/мм²); f – максимально допустимый прогиб (см).

Таким образом, можно рассчитать требуемое значение момента инерции.

Для определения прогиба профиля заданной жёсткости и длины под действием известной ветровой нагрузки пользуются следующей формулой:

• Share

где w – давление ветра (Н/мм²); B – ширина эпюры нагружения (см); L – длина профиля (см); E – Е-модуль (Н/мм²); I_x – момент инерции (см⁴).

В настоящее время, к сожалению, большинство предприятий производителей ПВХ окон уделяют недостаточно внимания соответствию прочностных характеристик требуемым показателям. Экономя на армирующем профиле, прикрываясь антикризисными лозунгами, они снижают показатели прочности. Сейчас крайне мало производителей окон используют армирующий профиль, имеющий толщину и размеры, рекомендованные производителями профиля. Для экономии на металле, снижают толщину профиля, увеличивают радиусы изгибов элементов профиля и уменьшают габаритные размеры профиля. Уже давно толщина металла в армирующем профиле равная 1,2 мм стала, практически, нормой, вместо положенных 1,5 мм, рекомендованных большинством профилистов, как минимальная толщина. А есть целый ряд изготовителей окон, применяющих армирующие профили толщиной менее одного миллиметра. За счёт увеличения радиусов изгибов и уменьшения габаритных размеров профиля, экономят на ширине штрипса (ленты-заготовки для изготовления армирующего профиля). Давайте посчитаем, к какому снижению прочности может привести подобная экономия и где можно ставить окна с таким армирующим профилем, согласно требованиям по ограничению максимального прогиба. Для упрощения расчётов, примем значения коэффициента географической высоты, коэффициента рельефа, коэффициента направления и коэффициента динамичности равными единице.

Возьмём, для примера, профиль Ecoplast серию «Standart», для усиления его импоста рекомендуется использовать «п» образный армирующий стальной профиль, толщиной 1,5 мм и размерами 20х33 мм. Момент инерции этого профиля составляет 1,74 см⁴. Обычное кухонное окно, размерами 1,4х1,4 м, с применением такого профиля, можно без опаски устанавливать, к примеру, в центре Мариуполя, Керчи или Бердянска, на высоте до 18 метров. По немецким нормам, такое окно с таким армирующим профилем, изготавливать в принципе нельзя, поскольку прогиб, при минимальной ветровой нагрузке, группы А, превышает допустимый прогиб на 11%. При использовании «экономного» армирующего профиля, с толщиной металла 1,2 мм, увеличенных радиусах изгибов и уменьшенных «в пределах допуска» габаритных размерах, экономится около 24,4% металла. При этом теряется больше 29% прочности, и окно из такого профиля, в центре того же Мариуполя, уже на высоте свыше 9 метров ставить нельзя, а на окраине Мариуполя – не выше 5 метров. Если же экономить с размахом и использовать профиль толщиной 0,9 мм, чем грешат очень многие оконщики, то сэкономить можно до 42,7% металла. Момент инерции такого, с позволения сказать, армирующего профиля составит 0,95 см4, что на 45,2% меньше рекомендуемого. Наше окно с таким «усилителем» внутри, в центре так полюбившегося нам Мариуполя, можно ставить на высоте не больше 6 метров, то есть не выше второго этажа, а на окраине – такое окно с таким армирующим профилем, устанавливать в принципе нельзя, поскольку величина его прогиба, при расчётной ветровой нагрузке, превышает максимально допустимый прогиб на 21,7%. Мариуполь я взял не случайно, а потому, что он расположен в пятом ветровом районе с максимальным расчётным ветровым давлением (600 Па) и на его примере более ярко выражается уменьшение прочности армирующего профиля с уменьшением толщины металла. Для полноты картины, можно посчитать максимальную высоту, на которой можно установить это суперэкономное окно в остальных ветровых районах. Итак, в четвёртом ветровом районе, в центрах таких городов как Луцк, Ровно, Львов, Тернополь, наше окно можно ставить на высоте максимум 7 м (тот же второй этаж), а на окраинах этих городов устанавливать также нельзя - превышение максимального прогиба на 11,6%. В третьем ветровом районе, в центре Житомира, Винницы, Черновцов, Хмельницкого, Ивано-Франковска, Симферополя, Одессы, Николаева, Херсона, Запорожья, Днепропетровска, Полтавы, Донецка и Луганска, - не выше 8 метров (до третьего этажа не дотягивает), а в пригородах – опять ставить нельзя, хоть и немного, но превышает допустимый прогиб. Второй ветровой район, в таких городах как Чернигов, Черкассы, Сумы и Кировоград, наше окошко можно ставить на высоте до 9 метров и в пригородах – до 6 метров (третий и второй этажи соответственно), а в сёлах, расположенных во втором ветровом районе, такие окна ставить нельзя, поскольку прогиб этого окна превышает допустимый на 15,2%. В Киеве или Ужгороде, расположенных в первом ветровом районе, это окно можно ставить на высоте 12 метров (четвёртый этаж), в пригородах – 8 метров (опять не выше второго этажа), в сёлах – нельзя, превышение допустимого прогиба на 5,7%. Напомню, это маленькое «кухонное» окно, размерами 140 на 140 сантиметров. А ведь, есть окна гораздо больших размеров, о балконных остеклениях, я и думать боюсь. Мы посчитали прочность окна из профиля украинского производства. А как обстоят дела с импортными профилями? Точно так же. Сталь армирующего профиля такая же, подчиняется тем же законам физики и прочность профиля точно так же падает с уменьшением толщины стенки профиля, увеличением радиусов изгибов и уменьшением габаритных размеров. Устойчивость к прогибу армирующего профиля, при экономии металла, уменьшается как в украинских ПВХ профилях, так и в немецких или бельгийских. Правда, профили европейского происхождения, изначально рассчитывались под более жёсткие нормы и, при экономии, снижение показателей прочности начинается с более высоких уровней, но падение происходит столь же стремительно.

Сколько можно сэкономить на армирующем профиле, при изготовлении рассмотренного нами окна? Давайте посмотрим. Для изготовления окна размером 140 на 140 сантиметров с одним импостом и одной створкой, понадобится около десяти метров армирующего профиля. Разница в стоимости погонного метра «полновесного» и «облегчённого» армирующего профиля составляет не более полутора гривен. Итого получаем пятнадцать гривен экономии на одном окне. Вроде бы немного, но при производительности двести окон в смену, получается около трёх тысяч гривен экономии в ту же смену - уже деньги. В результате, довольны все. Довольны поставщики армирующего профиля, поскольку экономят от 24 до 43 процентов металла при, практически, той же стоимости профиля, кроме того, на транспортных расходах можно сэкономить, поскольку в машину можно загрузить больше профиля, при том же расходе топлива, той же зарплате водителю и таких же расходах на эксплуатацию и техобслуживание автомобиля, при изготовлении такого профиля меньше затрачивается электроэнергии и в меньшей степени изнашивается оборудование, поскольку металл тоньше и изгибать его легче. Довольны производители окон, поскольку на хорошем объёме производства получается хорошая экономия. Довольны даже заказчики, поскольку приобрели новые окна, на пятнадцать – двадцать гривен дешевле, а свои кровные пятнадцать гривен, это свои кровные, родные и никому их отдавать неохота. Тот факт, что эти новые окна в два-три раза недотягивают до требований прочности, то, что они просто под действием порыва ветра могут прогнуться и стеклопакеты в этих замечательных окнах могут лопнуть, заказчиков не беспокоит. Они, заказчики, об этом факте просто не знают. Им об этом забыли сказать. А для чего говорить? Вдруг ветра не будет. Никогда. А человек расстроится.

Наряду с армирующим профилем из гладкого металла, на оконном рынке существует, активно пропагандируется и достаточно широко используется профиль, изготовленный из рифленого металлического листа. Пропагандисты этого профиля утверждают, что если взять тонкий лист металла, сделать на нём рифление в виде периодически повторяющихся вмятин и выпуклостей, затем из него изготовить армирующий профиль, то этот армирующий профиль будет такой же жёсткий, как и изготовленный из толстого гладкого металла. Ссылаются, они при этом на результаты исследований, проведённых в сентябре 2000 года в Исследовательском строительном центре. Вопрос, на самом деле интересный и его стоит рассмотреть более детально. Дело в том, что если момент инерции такого профиля рассчитать, хоть и весьма затруднительно, но, в принципе, можно, то с модулем упругости и расчетом величины прогиба, возникает некоторая неопределённость. Суть проблемы состоит в том, что приведённая выше методика расчётов предназначена исключительно для работы с гладкими профилями. Модуль упругости, являющийся характеристикой материала, показывает поведение стержня под нагрузкой. Именно растягиваемого стержня, а никак не пружины. При изгибании профиля, одна его сторона подвергается сжатию, а другая, - растяжению. Известно, что прямой стержень растянуть значительно сложнее, чем пружину того же сечения и изготовленную из того же материала. Профиль, состоящий из прямых элементов, должен оказывать большее сопротивление изгибающему воздействию, чем профиль, состоящий из пружинных элементов. Рифлёный металлический лист обладает, отчасти, свойствами пружины, в отличие от гладкого листа. Следовательно, профиль изготовленный из рифлёного листа должен быть менее жёстким по сравнению с профилем, изготовленным из гладкого металлического листа той же толщины. Как же быть с результатами сравнительных испытаний, на которые ссылаются изготовители и продавцы рифленого армирующего профиля? При изучении отчёта № ВТС 11186S, в котором описываются эти испытания и их результаты, можно выяснить, что испытывались не оконные армирующие профили, а армирующие профили, предназначенные для гипсокартонных перегородок. В процессе сравнительных испытаний перегородки, с использованием сравниваемых профилей подвергались воздействиям, не соответствующим характерным воздействиям, которым при эксплуатации подвергаются окна из ПВХ профиля. Наиболее близким к воздействию ветровых нагрузок, было измерение прогиба от бокового удара по перегородке большим мягким телом. Вот выдержка из этого отчёта. Первыми показаны результаты гладкого профиля, вторыми, - результаты испытаний перегородки с рифлёным армирующим профилем.

Данные проведенных испытаний

BS 5234: ЧАСТЬ 2: 1992, ПРИЛОЖЕНИЕ Е & DIN 4103: ЧАСТЬ 1: 1984, СЕКЦИЯ 4.3

ПОВРЕЖДЕНИЕ СТРУКТУРЫ ДВУХ ПЕРЕГОРОДОК RIGIPS ВЫСОТОЙ 2,5 М И ТОЛЩИНОЙ 125 ММ ОТ УДАРА БОЛЬШИМ МЯГКИМ ТЕЛОМ. ОДИН АРМИРУЮЩИЙ ПРОФИЛЬ - МАХI CW 100-06, А ДРУГОЙ - HADLEY UltraSteelтм CW 100-055.

Код испытания: 11186 S

Дата испытания: 6 сентября 2000

Ударная позиция: Смотри рисунок

• Share

Введение армирующих профилей МАХI CW 100-06 в перегородку RIGIPS толщиной 125 мм.

Измерение прогиба проводилось от позиции удара с другой стороны перегородки (часть А)

Дополнительное измерение отклонений базируется на наблюдениях, проведенных с обеих сторон перегородки.

Введение профилей HADLEY UltraSteel^тм CW 100-055 в перегородку RIGIPS толщиной 125 мм.

Измерение прогиба проводилось от позиции удара с другой стороны перегородки (часть А)

Измерение отклонений проводилось с обеих сторон перегородки.

Сравнив показатели прогибов, при равных величинах воздействия, можно увидеть, что перегородка с рифлёным армирующим профилем прогибалась в среднем на 24,58% сильнее, чем перегородка с гладким армирующим профилем. Что подтверждает наши предположения. Остаточные деформации перегородки с рифлёным армирующим профилем были меньше, чем перегородки с гладким профилем, что тоже характерно для различного поведения прута и пружины после снятия нагрузки. Возможно, что для гипсокартонных перегородок, минимизация остаточных деформаций и очень важна, но при производстве окон, гораздо большую роль играет прогиб во время воздействия нагрузки, а не после её снятия. Для того, чтобы развеять все сомнения, по поводу упрочнения армирующего профиля рифлением металла или отсутсвия этого упрочнения, был поставлен опыт. Для опыта были использованы два образца армирующего профиля одинаковых габаритных размеров и с одинаковой толщиной стенки. Один образец был изготовлен из рифлёного металла, другой – из гладкого. Сначала, оба образца были закреплены в виде консолей и нагружены равным весом. Профили подвергались нагрузке по оси Х и по оси У. На фотографиях видно, что в обоих случаях профиль изготовленный из рифлёного металла прогнулся сильнее.

• Share

• Share

• Share

• Share

Затем, профили были размещены в виде балок и тоже нагружены равным весом. В этом положении рифлёный профиль тоже прогнулся сильнее гладкого.

• Share

• Share

• Share

• Share

• Share

• Share

Из всего этого напрашивается вывод: армирующий профиль, изготовленный из рифлёного металлического листа, не является более жестким, чем профиль, изготовленный из гладкого листа той же толщины. Более того, из двух армирующих профилей, один из которых изготовлен из рифлёного листа, а второй из гладкого той же толщины, более жёстким является гладкий профиль.

Вероятно, упрочнение накаткой при рифлении, которое вызывает нагартованность поверхности профиля, имеет место, т.е. формально, такой профиль должен быть прочнее и жестче. Но фактор изменения геометрии профиля и фактическое превращение гладкого стержня в пружинящий элемент превышает достигнутое за счет накатки микроупрочнение профиля. Очевидно, что применяемый сейчас рисунок и высота рифления не годится для окон. Вероятно, ситуация может быть исправлена подбором специальной геометрии для накатки рисунка – например, продольные канавки или микрорельеф, что однозначно удорожит рифленый профиль. Ясно, что нынешние рифленые профили менее жестки и не годятся для замены гладких усиливающих профилей в ПВХ-окнах.

Для подтверждения этого вывода, конечно, следует провести цикл серьёзных лабораторных исследований. Эта работа обязательно будет проведена и её результаты будут опубликованы.

Любая попытка сэкономить на материале армирующего профиля, при изготовлении окон из ПВХ, в конечном итоге, неизбежно приводит к резкому снижению прочностных характеристик готового изделия.

Как уже говорились выше, заказчик при выборе окна, акцентирует внимание на цене окон, скидках на них, названии ПВХ профиля, количестве камер в этом профиле, названии и функциональных возможностях фурнитуры, составе и характеристиках стеклопакета, но не спрашивает о прочностных характеристиках армирующего профиля, полагаясь на профессионализм производителей окон. Считается, что если у производителя окон есть сертификат на продукцию, то вся продукция этого производителя отвечает всем требованиям стандартов. К сожалению, это не так. Сертификат говорит лишь о том, что производитель может изготавливать качественную продукцию, что он сделал несколько образцов для сертификационных испытаний, которые прошли эти испытания, имеет систему документирования и учёта брака, утверждённый техпроцесс, технологические чертежи и у него есть проверенные измерительные приборы и инструменты. Качество продукции, выпускаемой после получения сертификата, контролируется только самим производителем. Отсутствие внешнего контроля, в комплексе со стремлением снизить себестоимость продукции, способствуют попыткам экономии на материалах. Сэкономив на стеклопакетах, производитель окон рискует получить массу претензий от заказчиков по поводу видимых дефектов стекла, заменив профиль или фурнитуру на те, что подешевле, можно потерять часть потенциальных заказчиков, которые при выборе окон делают упор на брендах производителей этих материалов. Остаётся экономить на армирующем профиле. И эта экономия на армирующем профиле, уже приняла форму повальной эпидемии. Мы увидели, к каким результатам приводит подобная экономия. Каким же образом, заказчик может приобрести окна, которые отвечали бы требованиям прочности? Увы, ни один способ не гарантирует стопроцентного достижения этой цели. Можно лишь, попытаться увеличить вероятность того, что приобретённые окна будут соответствовать требованиям прочности. Для этого, нужно отсечь предложения производителей, не способных правильно рассчитать ветровые нагрузки и прогибы конструкций. Если производитель или продавец окон, не спрашивает, на каком этаже будут установлены окна, перед расчётом стоимости, продолжать беседу с ним, не имеет смысла. Если спрашивает, какой этаж, то следует поинтересоваться, для чего именно ему нужна эта информация, если только для расчёта стоимости подъёма на этаж, то – с ним тоже можно прощаться. Если в течении беседы с менеджером выяснится, что тот имеет представление о ветровых нагрузках и учитывает их при конструировании окон (не поверите, но многие менеджеры даже не слышали об этом, а если и слышали то не умеют считать нагрузки или у них нет достаточного ассортимента армирующих профилей), то обязательно попросить письменный расчёт прочности окон с указанием расчётных нагрузок, необходимого момента инерции и момента инерции применяемого в рассчитываемых окнах армирующего профиля. Этот расчёт оформить как приложение к договору. Кроме того, желательно внимательно посмотреть образцы продукции в разрезе и напроситься на экскурсию в цех по производству окон. При себе желательно иметь штангенциркуль или микрометр. Армирование в образцах и, что ещё важнее, на производстве, должно быть гладким, стенки армирования должны быть ровными и иметь толщину не менее 1,5 мм. Ни один производитель ПВХ профиля не допускает применения армирования тоньше 1,5 мм. Если в образцах или на рабочих местах в цеху найдётся армирующий профиль, изготовленный из «пупырчатого» стального листа или толщина стенок армирования окажется меньше минимально допустимых 1,5 мм, то это не Ваши окна. Конечно, получение расчета прочности и наличие необходимого материала на производстве не гарантирует того, что окна будут изготовлены в полном соответствии с этим расчётом. Но шансов получить качественный продукт у этого производителя, гораздо больше, чем у того, который не умеет считать прочностные характеристики или сознательно использует материалы, заведомо снижающие эти прочностные характеристики. Окна приобретаются не на один год, и стоят они немалых денег, но стоит ли экономить несколько десятков гривен на том, что может свести к нулю все достоинства новых окон? Если окна уже были изготовлены и смонтированы в проёме, то разработана методика проверки окна на сопротивление прогибу без демонтажа и разрушения уже установленного в проём окна. При необходимости, можно заказать експертизу и убедиться в том, что окно соответствует требованиям прочности. Или не соответствует и тогда, предъявлять претензию производителю.

Руководитель независимого экспертно-консультационного центра «VikVal», Виктор Козенко.