Почему коробит окна?

 

Расчетная модель

Cхема к расчету

Моменты инерции профиля и различных армировок

Если вы не первый год производите, устанавливаете, продаете ПВХ-окна, то наверняка слышали, а может быть и видели, и даже пытались  бороться с эффектом коробления створок при высокой разнице температур снаружи и внутри помещения. Такое красивое и безупречное окно на момент установки, вдруг начинает продуваться при морозах и заклинивать при жаре

Кто виноват? И что делать?
Плохой профиль? 
Плохая резина? 
Плохая фурнитура? 
Возникают любимые на Руси вопросы – кто виноват? И что делать?
Да простят меня праздные читатели, но я предлагаю окунуться в теорию и немножко вспомнить математику с физикой….

Взглянем на таблицу физических параметров различных материалов*

Материал

Коэффициент линейного термического расширения 1/°С

Модуль упругости Е МПа

Жесткий ПВХ

7…8 х 10-5

~2 700

Алюминий

2.4 х 10-5

~67 000

Стекло

0.9…1.2 х 10-5

~55 000

Сталь

1.2 х 10-5

210 000

Дерево вдоль волокон

0.2…0.4 х 10-5

10 000-14 000

* при температуре 21°С

Жесткий ПВХ имеет коэффициент линейного расширения, на порядок выше алюминия и стали. Конечно, у различных марок ПВХ коэффициент отличается, но в очень небольших пределах.
При возникновении разницы температур, особенно  зимой, наружная сторона профиля сжимается, что вызывает изгиб профиля внутрь, подобно биметаллической пластине. 

Современные многокамерные ПВХ-профили имеют сложную для расчета конфигурацию, и не менее сложную картину температурных полей, поэтому точное математическое моделирование чрезвычайно непростая задача, однако я предлагаю провести упрощенный расчет для определения порядка величины прогиба, и потом сверить его с экспериментальными данными.
Возьмем неармированный профиль Z-створки, у которой ширина и толщина наружной и внутренней лицевых стенок близки. Упростим расчетную модель до двутавра с нулевой толщиной полок. Внутренние стенки имеют почти равномерный градиент температурного  поля, что позволяет не учитывать их в расчетной модели. Концы балки считаем свободными.

При разнице температур dT, длинна одной из полок отрезка профиля длинной L изменится на: 

dL=L*K*dT (1)

При этом отрезок профиля примет форму сектора кольца толщиной B и радиусом изгиба R
Для сектора кольца справедливы следующие равенства:

L= α*R или α=L/R (2)

L-dL= α*(R-B)=L/R * (R-B)=L(1-B/R) (3)

Отсюда
dL=LB/R или R=LB/dL

Подставив  (1) получим изящную формулу для радиуса изгиба

R= B/(K*dT) (4)

Допустим сегодня, на улице -25°С, а  в доме +25°С. При этом на внешней и внутренних лицевых поверхностях профиля, температура составит примерно -20 °С и +20°С (округлим для простоты). 
Трехкамерный профиль 58 мм, по средней линии внешних стенок приравненный к двутавру 55 мм, стремится выгнуться с радиусом R=55/(0.00007*40)=19643 мм или 19,643 метра

Прогиб Н, посредине отрезка L = стрела сегмента

H=R(1-cos α/2 )=B(1- cos α/2 )/KdT (5)

Например, для балконной двери, с высотой створки 2000 мм 
α= 2000/19643= 0,102 рад.  Прогиб составит H = 25,54 мм !!! 
Кошка в щель не пройдет, но мышка средней упитанности может…. 
Конечно, это верно только для отдельностоящего куска профиля при заданной разнице температур лицевых стенок.

Для тех, кто с детства не любит косинусы, все же напомню, что:

cos α = 1 - 2 sin2 (α/2) или 1 - cos(a/2) = 2 x sin2 (α/4)  (6)

Угол сектора кольца при α → 0 позволяет принять sin α ≈ α  или  
1- cos(a/2)=a2
                       8                                     
Подставив (2) и (4) получим формулу прогиба для малых углов сектора кольца

H = К х (L/R2)  = L2       =     L2 xK x dT    (7)
             8           8 x R               8 x B
Проверим предыдущий пример по этой формуле:  H = 25,45  мм - погрешность весьма мала.

Таким образом, прогиб прямо пропорционален квадрату длинны элемента, разнице температур лицевых стенок и обратно пропорционален толщине профиля (монтажной глубине).

Посчитаем выгиб неармированной по ширине створки 600 мм, что разрешено ГОСТом. 
Как правило, при такой ширине не устанавливаются дополнительные запорные цапфы фурнитуры и брус можно считать балкой со свободно опертыми концами.

Н=6002*0,00007*50/8*55= 2,29 мм.

В большинстве профильных систем, расчетный зазор на уплотнение составляет 3-4 мм с нормированным допуском ±0,5…1,0 мм. Увеличение зазора на 2,29 мм из-за выгиба створки, неминуемо приводит к продуванию.

Самое время сравнить расчет и натурные испытания. Мороз до -35°С, любезно предоставленной РосГидроМетеоцентром для москвичей и гостей столицы в  январе этого года, позволил провести замеры при условиях очень близких к расчетным.  Выгиб неармированной створки шириной 610 мм посредине составил 1,7 мм, при разнице температур dT=40C. 

Расчет по формулам дает величину 2,37 мм. Ошибка расчета получилась в 1,4 раза – очень немного при весьма смелых допущениях. Тем не менее, выявленная погрешность не отменяет выведенные зависимости.  Кроме того, на реальный результат повлияло то, что двухкамерный стеклопакет 32 мм, частично взял на себя роль отсутствующей армировки. 
По этой же причине, низ типичной балконной двери, где стоит сэндвич, коробится сильнее, чем верх. 
Если провести аналогию термического прогиба с ветровой нагрузкой, и подставить полученные цифры в известную формулу, то чтобы получить прогиб 1.7 мм на неармированной полке створки шириной 610 мм, потребуется ветровое давление 6900 Па, что соответствует ветру 106 м/сек, или 382 км/час.

Пластику необходим стальной усилитель
Вряд ли у кого-то  остались сомнения, что пластику необходим стальной усилитель. В силу высокой теплопроводности, армирование в ПВХ профиле имеет практически одинаковую температуру по сечению, поэтому не подвержено сколь ни будь заметному термическому изгибу и является единственным, что может противостоять термической деформации ПВХ профиля. Полагаться на стеклопакет, по крайней мере, опрометчиво – жесткость явно недостаточна. Высокий перепад температур создает серьезную механическую нагрузку и на сам стеклопакет, поэтому не стоит перегружать его лишними функциями. 

Рассмотрим совместную работу ПВХ-профиля  и стальной армировки.

 

Момент инерции

Модуль упругости

Жесткость на изгиб

Соотношение жесткости

Профиль

Jx см4

Е МПа

Jx * E

 

Створка 03-301

53.4    

2700

144 180

 

81 811 000 2 мм

2,32

210000

483 000

3,3:1

81 804 207 1.5 мм

1.74

210000

357 000

2,5:1

Арм. 1.2 мм

1.38

210000

294 000

2:1

 
Особенностью совместной работы ПВХ-профиля и армирования, является то, что при нормальной температуре +20°С  с обоих сторон, их жесткость складывается, но при термической деформации они работают друг против друга.  Хотя модуль упругости ПВХ в 78 раз ниже, чем стали, но результирующие жесткости вполне сопоставимы.
Из таблицы видно, что для рассмотренных сочетаний профилей, армирование способно уменьшить прогиб в 2…3,3 раза, что  достаточно точно подтверждают экспериментальные замеры.

Чрезвычайно важно не только то, чтобы армировка была, но и то чтобы она была правильно закреплена. В идеальном случае, для максимальной передаче усилий на металл, саморезы должны стоять, как заклепки на крыле самолета – одна к одной и зигзагом. Однако существует «принцип разумной достаточности». В различных профильных системах требования к правилам армирования несколько различаются, однако лежат в близком диапазоне. Крайний саморез ставится 40-70 мм от края армировки и далее с шагом от 250 до 400 мм. Меньшие значения рекомендованы для цветных профилей. Увеличение дистанции первого самореза от края, приводит к тому, что свободный конец армировки просто не работает. Минимальное расстояние от среза армировки должно быть не меньше, чем больший размер сечения армировки, для устранения краевого эффекта, однако и не больше, для максимальной эффективности ее работы. 

Еще одно важное замечание. Обычно армировка располагается в ПВХ профиле с некоторым зазором в 1-1.5 мм. Это необходимо для компенсации допустимых отклонений геометрии самой армировки и внутренних стенок профиля, которые, кстати, не лимитируются стандартами. Если армирование прихвачено всего 2-мя саморезами, то ПВХ профиль свободно изгибается, проворачиваясь на саморезах, как на шарнирах, не передавая усилий на армировку, пока не упрется во внутреннюю перегородку. Тонкие внутренние перегородки не самая надежная опора, да и 1 мм свободного изгиба зачастую достаточно для появления продувания через уплотнения. Крепление армировки по 3-м точкам устраняют проблему, даже если между саморезами получилось 200 мм и ГОСТ такого не требует.

До сих пор, мы рассматривали термический прогиб незакрепленного профиля, но в реальном окне створка имеет несколько точек крепления через фурнитурные зацепы и петли к раме, которая в свою очередь также выгибается внутрь и имеет собственные точки крепления к проему, который уже можно считать неподвижным. Реальная форма искривления будет иметь волнообразную форму, и размер зазора меж рамой и створкой зависит от картины наложения этих волн. 
 
Наилучшее совпадение «волн», а значит постоянство величины зазора на уплотнение, достигается, когда точки крепления рамы в проеме близки к точкам расположения фурнитурных запоров. Если рама жестко заклинена штукатурными откосами, рама остается практически прямой, что ухудшает прилегание створки. Отсюда же вытекает объяснение, почему при обустройстве пластиковых или гипсокартонных откосов, необходимо обеспечить подвижность стыка к раме через приемный F-профиль, и отчего иногда трескаются штукатурные откосы.

Что такое замкнутое армирование?
Некоторые поставщики профиля, считают панацеей от всех проблем использование «замкнутого армирования». Давайте разберемся….

Во-первых, «замкнутым» можно считать только армирование без разрыва, то есть сварную или горячетянутую трубу любого сечения, но никак не «гнутый профиль прямоугольного сечения».  Профиль с разрывом, даже если он «почти» замкнут, не имеет никаких преимуществ перед  «Г» или «П» образными профилями.

Для тонкостенных профилей (а таковыми считаются профили, где внешний габарит сечения в 10 и более раз больше толщины стенки) существенное и бесспорное отличие проявляется только в жесткости на кручение - порядка в 50-200 раз выше, чем для профилей того же сечения, но с разрывом. Также известно, что изгиб разомкнутого профиля, сопровождается кручением, вызванным тем, что центр жесткости не лежит в плоскости приложения силы (точки крепления саморезами), из-за чего возникает крутящий момент. Однако ПВХ-профиль имеющий, несомненно замкнутый контур, обладает вполне достаточной приведенной жесткостью на кручение. Кроме того, рама окна, где возможно применение замкнутых армирующих профилей, не испытывает серьезных нагрузок на кручение, а в обычных створках (кроме дверных), ее использование не позволяет такая наука, как  «топология». 
 
Расчет показывает, что при равной металлоемкости и внешних габаритах, преимущество имеет профиль №3. Незамкнутый и даже непохожий на замкнутый.

Кроме термических деформаций, на систему рама/створка воздействует упругое сопротивление уплотнения. Оно  создает дополнительную нагрузку, также действующую на выгиб профиля. Притворные уплотнения, обычно рассчитаны на вполне конкретный зазор между рамой и створкой. При расчетном зазоре, усилие прижатия находится в нормальных пределах для обеспечения легкой работы фурнитуры и обеспечивает достаточную плотность притвора. При попытке уменьшить этот зазор, сила противодействия сжатого уплотнения резко возрастает, и хотя напротив запорных элементов зазор уменьшается, и пресловутый тетрадный листок невозможно выдернуть из защемления, повышенная нагрузка приводит к нерасчетному изгибу профиля,   и на полудистанции между  запорными цапфами зазор наоборот увеличивается. 
Как же велико бывает удивление инженеров по гарантии, прибывших на рекламацию и отчаявшихся безуспешно крутить прижимы на «зиму», и случайно отпустив их на «лето»,  через 10 минут обнаружить, что проблема решена…

Для успешной работы уплотнения, прижим не должен быть лучше – он должен быть правильный!
Углубляться в эту тему можно бесконечно, но предварительные ответы на поставленные вопросы, кажется ясны.

Подводя итог….
Кто виноват? – Законы физики.
Что делать? – Соблюдать…. Изучать и соблюдать до последней буквы технологию производства, монтажа, рекомендации производителей фурнитуры. 

Власенко Дмитрий.

ООО «Винтек Пластик»
Производство и центральный склад:
142277, Московская область, Серпуховский район,
дер. Васильевское, д. 3Б
Тел.:  +7 4967 76-48-20 (многоканальный)
Ф. +7 4967 76-48-28 / 76-48-29 (Отдел логистики)

Московский офис:
142784, Московская область
Киевское ш. 19 км, «Бизнес-Парк Румянцево», офис 810Г
Тел.:.  +7 495 646-35-45         
Ф. +7 495 646-35-46         
info@wintech.ru 
http://www.wintech.ru
Представительства и склады в России:

Руководитель региональных продаж ПФО 
Ирина Бураева
Тел.: +7 919 998 65 34
 irina.buraeva@wintech.ru

Представительство в Казани 
Ильдар Фахретдинов
420111, Республика Татарстан г. Казань, ул. А. Кутуя, 163А
Тел.: + 7 987 297-27-55 
ildar.fahretdinov@wintech.ru 

Представитель в Нижнем Новгороде
Андрей Пигалов
Тел.: +7 910 141-44-95 
andrey.pigalov@wintech.ru

Представитель в Новосибирске
Андрей Генкель
Тел.: +7 913 913-76-72 
andrey.genkel@wintech.ru

Представитель в Краснодаре
Владимир Леон 
Тел.: +7 919 998 65 39
vladimir.leon@wintech.ru 

Представитель в Ростове-на-Дону
Олеся Олешко
Тел.: +7 917 558-85-26
olesya.oleshko@wintech.ru

Представительства в странах СНГ

Представитель в Республике Беларусь
ООО "Профильный мир"
220037, г.Минск, ул. Филимонова, д. 15, эт.3, помещение 12
Тел./ф. +375-17-309-17-60         
wintech.bel@gmail.com 

Склад в Казахстане 
Головной офис
130000, Мангыстауская обл. г .Актау 10 мкр., Ботанический сад.
Тел.: +7 7292 43-61-13         
Факс +7 7292- 43-61-25.
wintechaktau@mail.kz 
Филиал
040900, Алматинская обл., Карасайский р-н, г. Каскелен ул. Наурызбая 2А.
Тел./ф +7 727 300-11-16         
wintechalmaty@mail.ru
 
Завод в Украине
ООО «Маядо» 
Киевская обл. Броварской р-н , п.г.т. Б.Дымерка
Ул.Совхозная, 38
Тел.: 8 044 94-4-70-90/93/92
Ф. 8 044 94-4-70-91
www.wintech.ua 

Еще статьи марки Wintech
WINTECH, закрепив позиции, движется вперед, в новый год
Участие WINTECH в выставках «Стройсиб» и «Мосбилд» в 2008 году. Спонсорское участие в «Мосбилд-2008
Тема занятия, цель обучения и уровень аудитории – три кита планирования учебных программ
Технический сервис WINTECH: преимущества работы с нами можно измерить в деньгах
WINTECH – особый подход к армированию оконных конструкций
Компания WINTECH приняла участие в работе Третьего Национального конгресса Российской Федерации
Секреты успеха партнеров Wintech
Заметки технического директора. Новосибирск – Москва, или разведка боем
Новый этап – новые партнеры и регионы развития
Кризис – в головах. Из секретной папки маркетолога
Последние новости
Ремонт и защита деревянных конструкций с Soudal
SOUDAL, крупнейший в мире производитель полиуретановых пен и один из ведущих поставщиков герметиков, клеев и кровельных материалов, поможет произвести ремонт, а также обезопасить деревянные конструкции...
«Тихие» окна REHAU пришли в Омск
В конце апреля в Омске открылось новое оконное производство – оснащенный по последнему слову техники завод «ПК НАРС». Помимо европейского подхода к изготовлению конструкций, предприятие примечательно тем,...
Оконные технологии EXPROF на телеканале ПЯТНИЦА!
Инновационные оконные технологии EXPROF приходят на помощь в организации здоровой и комфортной жилой среды в квартирах участников передачи «Генеральная уборка» на телеканале ПЯТНИЦА! Для героини прошлой...
Энергоэффективные аспекты московской реновации
Программа реновации ветхого жилого фонда в Москве в последние месяцы стала одной из самых острых и полемичных тем, обсуждаемых в обществе. Поднимается множество правовых и социальных аспектов этой инициативы...
Тюменскому филиалу ТД ЭксПроф исполняется 1 год
Ровно год назад, 23 мая 2016 года начал свою работу филиал ТД ЭксПроф в городе Тюмень. За прошедший период привлечены к сотрудничеству крупные оконные компании Тюмени, юга Тюменской и Курганской областей....
С какими достижениями и задачами компания PROPLEX встречает своё совершеннолетие
В текущем году PROPLEX отмечает 18 лет своей деятельности. За этот срок малоизвестный региональный производитель ПВХ-профиля превратился в авторитетную федеральную компанию с крупнейшей сетью филиалов...
Компания ЭксПроф и «Генеральная уборка» - комфорт здорового дома
Компания ЭксПроф продолжает участие в съемках передачи «Генеральная уборка» на телеканале ПЯТНИЦА! Результатом усилий команды телепроекта и ЭксПроф стал чистый, комфортный и здоровый дом участницы...
Архитекторы и дизайнеры Татарстана могут взять на вооружение инновационные технологии остекления
Эксперты компаний REHAU и «Окна во всю стену» провели две встречи с архитекторами и дизайнерами Республики Татарстан. Целю мероприятий, прошедших в конце апреля и начале мая в Казани, стало ознакомление...
Челябинский филиал ТД ЭксПроф отмечает двухлетие
18 мая 2017 года исполняется два года с момента основания филиала ТД ЭксПроф в Челябинске. На сегодняшний день клиентами филиала стали более 50 оконных компаний Челябинской, Курганской, Свердловской...
Компания «Винтек Пластик» провела семинар для партнеров в Иркутске
Компания «Винтек Пластик», в рамках стратегии поддержки партнеров в регионах, 16 мая 2017 года организовала семинар для сотрудников компании «Байкальские Окна» в г. Иркутск. В ходе семинара были презентованы...
Последние статьи
Фурнитура ACCADO от компании «Винтек Пластик». Новые решения в ногу со временем
Активное развитие малоэтажного строительства в России повышает интерес к нестандартным решениям в части оконной фурнитуры в отличие от стандартных,  устанавливаемых в многоэтажных домахРечь
Компания ЭксПроф: 15 лет славного пути
За продуктивные 15 лет работы завод ЭксПроф успел многое: предложить достойную замену зарубежным
У наших российских алюминиевых систем в строительстве большое будущее!
Интервью с Генеральным директором группы компаний «ВИСТА» Дмитрием Сальковым Справка о компании: С 1995 года Алюминиевая Компания «ВИСТА» — официальный представитель завода МОСМЕК
VIDNAL PROF SYSTEMS – от Москвы до самых до окраин
Интервью с заместителем генерального директора по развитию группы компаний АК «ВИСТА» Ильёй Бендериным Чем для Вас знаменателен строительный сезон 2015 года? Сезон получился
VIDNAL PROF SYSTEMS — сделано в России для России, проверено временем
VIDNAL PROF SYSTEMS — системы архитектурных алюминиевых профилей, давно зарекомендовавшие себя при возведении крупнейших объектов строительства по всей России. История продукции идёт от профилей «Алюмакс»,
Программный Комплекс «ПрофСтрой 4»
Основное назначение Программного Комплекса «ПрофСтрой 4» (ПК «ПрофСтрой 4») – снижение издержек на каждую выпущенную единицу продукции или произведённую работу
Пришло время – «ПрофОкна 4.0»!
Компания «ПрофСегмент» представляет новую версию самой популярной оконной программы «ПрофОкна». Программа «ПрофОкна 2» была представлена на рынке для свободного скачивания
Защитим от любой непогоды! Система балконного остекления AGS40 от ООО «Алтимбилдинг»
Погода в этом году преподносит нам сюрприз за сюрпризом - то проливные осадки, то мокрый снег или ледяной дождь. Настроение и самочувствие человека, к сожалению, зависит от этих неприятных погодных
Открытые вопросы на рынке армирующего профиля и оконной индустрии
На протяжении длительного периода мы сталкиваемся с большим количеством проблем и не соответствий в оконной индустрии, одно из таких это несоответствия (разные диапазоны) допусков в документах,
фурнитура собственного производства
ACCADO (аксессуары ADO) – бренд ADO Group, под которым выпускаются комплектующие для оконных конструкций. Сначала комплектующие производились на том же предприятии в Анталье, где размещалось производство

ИНТЕРНЕТ ПРОЕКТЫ:

ЖУРНАЛЫ И КАТАЛОГИ:



Еженедельный обзор профильного рынка

Карта сайта

При копировании информации ссылка на www.Profile-Rus.ru обязательна!
Телефон редакции: +7 495 374-8905

Подпишитесь на рассылку:
Еженедельный обзор профильного рынка

Ваш E-mail
Ваше имя

[ П р и м е р ]