1. Конструкція. Класифікація. маркування
2. міцність склопакетів
3. Спільна робота склопакета і віконного профілю. Навантаження крайової зоні склопакета

За останній час слово "склопакет" міцно увійшло в наше життя, і з вузькоспеціального стало загальновживаним, розповсюдженим і впізнаваним - хоча, втім, і не завжди правильно вживаним. Нерідко "склопакетом" називають все металопластикове вікно цілком, в той час, як він - важлива, але все ж тільки частина металопластикового вікна ...

У більшості сучасних світлопрозорих конструкцій різні скла використовуються в так званих ізолюючих склопакетах. Під ізолюючим склопакетом (надалі - склопакетом) будемо розуміти елемент, в якому два або більше скла, герметично з'єднаних один з одним за допомогою спеціальної дистанційної рамки, а також внутрішнього і зовнішнього герметика, утворюють замкнену порожнину, заповнену висушеним повітрям або іншими газами (аргоном - Ar, криптоном - Kr, гексафторидом сірки SF6). *

* Аргон і криптон застосовуються для поліпшення теплозахисних якостей склопакета, а гексафторид сірки - для підвищення його звукоізоляції. При цьому аргон є найбільш поширеним і дешевим газом.

Конструкція. Класифікація. маркування

Перший патент на виробництво склопакетів був виданий в 1865 р Однак, їх промислове виробництво почалося тільки в 1934 р в Німеччині зі склопакетів марки CUDO, застосованих для скління залізничних вагонів. У 1938 р на ринку під маркою Thermopane з'явилися склопакети, що складалися з скла і свинцевою розпірною рамки, спаяних між собою по контуру. Виробництво цих склопакетів було вперше освоєно в США. Склопакети різної конструкції представлені на рис. 3.12 ...

Мал. 3.12. Склопакети різної конструкції: 1 заварений, 2 - паяний, 3 - клеєний з одинарної герметизацією, 4 - клеєний з подвійною герметизацією

У 1950 р були вперше виготовлені склопакети з еластичним ущільненням. У них була використана алюмінієва пустотіла рейка, заповнена осушувальних засобом і ущільнена полісульфідним герметикой Thiokol.

А 1970 вважається роком народження сучасного склопакета, що має подвійну герметизацію. Сьогодні за цією технологією виробляється 90% всіх склопакетів. Конструкція склопакета, найбільш поширена в даний час, показана на рис. 3.13.

Виробництво сучасних склопакетів, що застосовуються в будівництві і мають конструкцію, показану на рис. 3.13, здійснюється в два етапи.

Мал. 3.13. Конструкція "склеєного" склопакета: 1 - внутрішній бутиловий герметик (стрічка або мастика), 2 - дистанційна рамка (алюмінієвий або гальванізований сталевий профіль), 3 - осушувач (силікагель), 4 - зовнішня герметизуюча мастика, 5 - скло

На I етапі на дистанційну рамку шаром товщиною приблизно 4 мм, методом екструзії при температурі 120-140 ° С наноситься термопластичний однокомпонентний бутиловий герметик (поліізобутилен) або вручну з котушок наклеюється бутилова стрічка (шнур). На цьому ж етапі дистанційна рамка заповнюється осушувачем (так званим "молекулярним ситом" - речовиною, близьким за властивостями до відомого в побуті силікагель), що поглинає вологу з повітря, що заповнює повітряний прошарок. До попередньо обробленої рамці з двох сторін приклеюються скла.

На II етапі на автоматичному обладнанні або вручну наноситься зовнішній герметик. Застосовувані зовнішні герметики можна умовно розділити на два основні класи - еластичні двокомпонентні полісульфідні герметики (бутил + тіокол), твердіння яких здійснюється за рахунок хімічної реакції між складовими і однокомпонентні герметики на основі синтетичного каучуку, розплавлення і затвердіння яких є фізичними процесами (технологія хот-мелт ).

За рахунок використання осушувача повітря, що знаходиться всередині склопакета, практично повністю зневоднюється, і таким чином усувається можливість випадання конденсату між стеклами. Поява конденсату в просторі між листами скла склопакета в процесі експлуатації свідчить про грубі порушення, допущені при його виробництві - неповної герметизації або відсутності осушувача.

Заповнення проміжку між стеклами газом здійснюється через спеціальні отвори в дистанційній рамці в двох протилежних кутках, які потім герметизуються. Слід зазначити, що протягом усього розрахункового періоду експлуатації склопакета відбувається поступова природна витік газу з внутрішньої камери і, назад - дифузія водяної пари, через мікротріщини в герметике, викликані напругою в крайовій зоні (по контуру примикання стекол до дистанційної рамки) під дією перепаду тисків і температур. Для компенсації напруг в крайовій зоні необхідний герметик з високим модулем пружності, добре сприймає розтягуючі зусилля. У зв'язку з цим можна також відзначити, що міцнісні властивості застосовуваного герметика визначають стабільність геометричних властивостей пакета.

В цьому відношенні суттєвим недоліком герметиків системи "хот-мелт" слід вважати розм'якшення при високих температурах, які можуть бути викликані впливом сонячної радіації. Отже, можна говорити про те, що застосування склопакетів з такими герметиками неприпустимо в заповненні світлопрозорих покрівель - де склопакет, встановлений під нахилом, піддається перегріву від сонця. У цьому випадку можливо "сповзання" верхнього скла і, відповідно, його руйнування.

У табл. 3.7 наведені порівняльні характеристики газо- і влагопроницаемости найбільш поширених герметиків, що застосовуються в даний час для виробництва склопакетів.

У список не включені спеціальні герметики, що застосовуються в склопакетах для структурного скління (див. Розділ 10) і світлопрозорих покрівель зимових садів, крайова зона яких піддається підвищеному впливу ультрафіолетового випромінювання.

Таблиця 3.7 Газо- і влагопроницаемость різних герметиків

Основа полімеру АРГОН (Л / М 2 ДОБУ БАР) Вода (г / м добу) Бутив (на основі РIВ) 0,01 ОД Полісульфід 0,03 3 Бутив гарячого розплаву 0,03 1 Поліуретан - на основі полібутадієну 0,3 1 - на основі поліефіру 0,9 8 Силікон * - однокомпонентний 30 13 - двокомпонентний 10 16

* Герметизація силіконом є найбільш старою технологією виготовлення склопакетів. В даний час в незначних масштабах застосовується дрібними виробниками вікон.

Залежно від теплотехнічних, звукоізоляційних та ін. Вимог, в конструкції склопакета можуть бути використані два скла, три скла або два скла і тонка полімерна плівка замість третього і т.п. Міжскляний простір може заповнюватися газами - аргоном, неоном, криптоном, гексафторидом сірки. У склопакеті в самих різних комбінаціях можуть бути встановлені спеціальні скла, як показано на рис. 3.14.

Склопакети класифікуються за кількістю повітряних камер на однокамерні (два скла) і двокамерні (три скла).

У вітчизняній літературі по вікнах, в модифікованому вигляді можна зустріти застарілий термін, що застосовувався до двошарового і тришаровому склінню віконних блоків одинарними стеклами; відповідно - "двошаровий склопакет" стосовно однокамерний і "тришаровий склопакет" стосовно двокамерному.

Мал. 3.14. "Склеєні" склопакети різної конструкції: 1 - однокамерний склопакет, 2 - двокамерний склопакет, 3 - однокамерний склопакет з ламінованим захисним склом (триплекс), 4 - двокамерний склопакет з перегородкою, з теплоотражающей плівки

Естетичні якості вікна відповідно до вимог архітектора можуть бути враховані за рахунок установки усередині склопакета декоративних розкладок (шпроссів), як правило, білого або золотистого кольору. Крім того, зовні можуть бути I декоративні планки, як показано на рис. 3.15.

Мал. 3.15. Декоративні розкладки (шпроси) всередині склопакета і зовнішні профільні

У маркуванні склопакетів вказуються товщина і тип стекол, ширина дистанційної рамки, кількість повітряних прошарків, а також тип газу, використовуваного для їх заповнення.

M Звичайне віконне скло, отримане методом витяжки F Шибка, отримане флоат-способом K Скло з твердим низькоемісійним покриттям, отримане за технологією In-Line I Скло з м'яким низькоемісійним покриттям, отримане за технологією Off-Line S Скло, забарвлене в масі PI Теплоотражающєє плівка

Для газів, що заповнюють межстекольное простір, застосовується наступне маркування:

Повітря Пропуск за замовчуванням Аг Аргон Кг Криптон SF6 Гексафторид сірки

приклади:

4F -12 - 4F - однокамерний склопакет з двома однаковими флоат-стеклами по 4 мм і дистанційною рамкою 12 мм. Міжскляний простір заповнений висушеним повітрям.

6F - 10 - 4F -10 - 6F - двокамерний склопакет з двома дистанційними рамками по 10 мм, два зовнішніх флоат-скла мають товщину 6 мм, внутрішнє - 4 мм.

4F - 12Аr - 4К - однокамерний склопакет з дистанційною рамкою 12 мм, межстекольное простір заповнений аргоном, внутрішнє флоат-скло, товщиною 4 мм, має тверде низькоемісійне покриття.

міцність склопакетів

З точки зору будівельних розрахунків, склопакет являє собою просторову конструкцію з двох або більше стекол, розділених між собою герметичними повітряними прошарками. Скло склеєні між собою по контуру за допомогою дистанційних рамок і еластичних склеювальних складів, що в сукупності утворює шарнірне з'єднання.

При розрахунку на міцність і жорсткість конструкцію склопакета можна розглядати як дві (або більше) жорсткі пластинки, пов'язані між собою по всій поверхні пружної прошарком і по контуру жорсткими рамками з шарнірними зв'язками.

В процесі експлуатації в стеклах пакета виникають напруги при дії однобічного навантаження, викликані дією вітру і снігу, або двосторонньої навантаження за рахунок зміни атмосферного тиску і температури повітря (рис. 3.16).

Мал. 3.16. Схема роботи стекол однокамерного пакету: а) - розрахункова схема склопакета; б) - одностороннє навантаження (вітер і сніг); в) - двосторонній навантаження (перепади атмосферного тиску і температури зовнішнього повітря)

Герметичність повітряного прошарку є причиною того, що склопакет слід розглядати як сполучену систему, в якій повітря є пружною прошарком, що розподіляє навантаження між стеклами. Механізм роботи стекол в пакеті при додатку односторонньої вітрової або снігового навантаження полягає в тому, в результаті прогину зовнішнього скла повітря в прошарку ущільнюється, і в ній створюється надлишковий тиск. Дослідження показали, що завдяки герметичності повітряного прошарку деформації обох стекол в однокамерним пакеті при дії однобічного навантаження приблизно рівні. Співвідношення прогинів внутрішнього і зовнішнього стекол становить 0.81-0.95, і тим ближче до одиниці, чим більше діюча навантаження.

Для наочного теоретичного аналізу напруженого стану склопакета розглянемо роботу найпростішого однокамерного склопакета під дією деякої однобічного навантаження (наприклад, вітрового тиску). Уявімо собі, що внутрішнє скло склопакета абсолютно жорстке, а зовнішнє-достатньо гнучке і може прогинатися під навантаженням.

Відповідно до рівняння газового стану, між абсолютною температурою, тиском і об'ємом повітря всередині замкнутої повітряного прошарку існує залежність

P1 * V1 / T1 = P2 * V2 / T2 (3.11)

За умови, що температура повітря всередині склопакета не змінюється, тобто зміна тиску всередині склопакета буде обернено пропорційно до зміни обсягу повітря в прошарку, рівняння (3.11) запишеться у вигляді

P1 / P2 = V1 / V2 T1 = T2 = const (3.12)

Відповідно до рівняння (3.2), зменшення об'єму повітря всередині камери, буде викликати підвищений надлишковий тиск на стекла. Під дією вітрового навантаження зовнішнє скло склопакета (з боку прикладання навантаження) прогинається. Якщо прийняти, що при цьому внутрішнє скло зберігає свою колишню форму, то обсяг повітряного прошарку зменшується, а тиск в ній збільшується.

Якщо задатися величиною допустимих прогинів скла під дією однобічної рівномірно розподіленого навантаження, то можна кількісно оцінити теоретичне (виходячи з рівняння стану) зміна тиску на скла при збільшенні навантаження.

В якості розрахункової моделі приймемо круглий склопакет (в якому відсутній вплив напружень в кутах) з радіусом - r і товщиною повітряного прошарку - h. Площа склопакета приймемо рівної приблизно 1 м2, тобто його радіус становитиме r = 60 см (600 мм). Приймемо допустиму величину прогину f рівній 1/200 - 1/300 прольоту, що в даному випадку становить 1/200 - 1/300 від діаметра D = 120 см (1200 мм) і дорівнює 3-5 мм. Товщину повітряного прошарку приймемо рівної h = 24 мм (2,4 см).

Початковий обсяг повітряного прошарку склопакета дорівнює

V = π * r² * h (3.13)

Підставивши цифри, отримаємо 3, 14 * 602 * 2,4 = 27 143 см3.

Для встановлення залежності тиску в повітряному прошарку пакета від навантажень розглянемо зміна обсягу прошарку круглого склопакета при деформації його зовнішнього скла від прикладеного навантаження. Вважаємо, що частина обсягу повітряного прошарку - δV, на яку зменшилася прошарок, являє собою сферичний сегмент, обмежений сферичною поверхнею деформованого зовнішнього скла. Обсяг сферичного сегмента обчислюється за формулою

δV = π / 6 * f (3 r²1 = 3 r²2 + f²) (3.14)

де f - задана величина допустимого прогину в середній точці скляної пластини, [м].

Беручи r2 = 0, отримаємо

δV = π / 6 * f (3 r²1 + f²) (3.15)

Якщо задатися значеннями допустимих прогинів, що збільшуються з деяким заданим кроком (що відповідно буде відбивати і збільшення прикладеного навантаження), то можна отримати обсяги сферичних сегментів, які потім згодом можна відняти з початкового об'єму прошарку. Відповідно можна оцінити в процентному відношенні частку зменшення обсягу і зростання внутрішнього тиску (пов'язаних зворотного пропорційною залежністю) під дією однобічного навантаження, що призвела до певного заданого значення прогину. Цифри, що ілюструють теоретичне, прогнозоване виходячи з рівняння стану збільшення внутрішнього тиску всередині однокамерного склопакета, наведені в табл. 3.8.

Таблиця 3.8 Теоретична оцінка зміни обсягу повітряного прошарку склопакета при прогинах одного з стекол під дією однобічного навантаження

Найменування величин Розрахункові показники Величина допустимого прогину, мм 2 3 4 6 Обсяг стисненого сегмента, см3 1130 1696 2261 3391 Зменшення обсягу,% 8. 13 17 25 Збільшення внутрішнього тиску,% 8. 13 17 25

Цифри, наведені в табл. 3.8, виведені, виходячи з ідеальної моделі, яка передбачає, що все навантаження сприймається одним склом і не призводить до прогину другого. Однак, в реальних конструкціях цього не відбувається.

Для ілюстрації розглянемо дію на склопакет вітрового навантаження при швидкості 28 м / сек. В цьому випадку вітровий тиск може бути визначено як P = v2 / 16, де v - швидкість вітру. Підставивши значення, одержуємо: Р = 282/16 = 50 кгс / м2 або 0.5 кПа. Якщо прийняти, що це навантаження викликає навіть не найбільший прогин зовнішнього скла - близько 3 мм, то в цьому випадку (згідно табл. 3.8), обсяг повітряного прошарку зменшився б на 13%. Відповідно тиск усередині склопакета збільшилася б теж на 13%.

Якщо прийняти, що початковий тиск усередині склопакета дорівнює атмосферному і становить Р = 100 кПа, то надлишковий тиск, що створюється вітровим навантаженням, дорівнювало б 13 кПа або 1300 кгс / м2. Однак, таке вітровий тиск може бути досягнуто при небувалою швидкістю вітру - 144 м / сек або 518.4 км / год.

Таким чином, наведені прості міркування позначають явне протиріччя між математичним рівнянням стану і реальними природними факторами. Перш за все, вони говорять про те, що в дійсності склопакет не сприймає навантаження за рахунок прогину одного скла, передаючи її на абсолютно жорстке інше, а обидва скла працюють спільно при дії однобічного навантаження.

У практичних розрахунках вводяться понижуючі коефіцієнти до розрахункового навантаження, що враховують спільну роботу стекол в склопакеті. Для однокамерного склопакета до ~ 0.5, для двокамерного до ~ 0.33.

У склопакеті, яке знаходиться під впливом двосторонньої навантаження, що виникають зусилля розподіляються рівномірно між стеклами пакета. Дія такого навантаження викликається зміною тиску в повітряному прошарку при зміні температури повітря або атмосферного тиску. При цьому відбувається вирівнювання тиску зовні і всередині склопакета за рахунок зміни обсягу повітряного прошарку. Скло пакету вигинаються, а створюване в них напружений стан є передумовою для виникнення тріщин при транспортуванні або монтажі.

При зніженні температури у Внутрішній камері (при охолодженні склопакета) ее ОБСЯГИ буде зменшуватіся, скла будут вігінатіся у внутрішню порожніну, что может віклікаті "схлопування" склопакета. Слід зазначити, руйнування пакетів при "зимових" монтажах є досить поширеним явищем, в зв'язку з чим їх виробники не рекомендують проводити монтаж при температурі зовнішнього повітря нижче -15 ° С.

Дійсно, якщо температура повітря в приміщенні, де склопакет був виготовлений, становила Т1 = + 20 "С, а температура зовнішнього повітря під час монтажу і транспортування була Т2 = - 20 ° С, то стрибок температур на 40 ° С приведе до зміни об'єму повітря прошарку.

T1 / T2 = V1 / V2 P1 = P2 = const (3.16)

Відносне зміна температури в Кельвіна складе

δT = (273-20) / (273 + 20 ) = (0.86)

тобто температура повітря в повітряному прошарку змінилася на 14%. Відповідно до рівняння стану, об'єм повітря в прошарку повинен зменшитися також на 14%. Так як вигинаються обидва скла, то кожне скло при деформації буде змінювати обсяг повітря на 7,0%, щоб компенсувати надлишковий атмосферний тиск. Як видно з таблиці 3.7, величина прогину кожного скла при цьому буде складати близько 2 мм. Очевидно, що чим більше площа склопакета і чим більше товщина повітряної камери, тим більша ймовірність його руйнування при зміні температури.

Набагато більш рідкісний випадок представляє руйнування склопакетів при зміні атмосферного тиску. Однак, можливі випадки, коли склопакети можуть виготовляти при підвищеному або зниженому атмосферному тиску, а зміна тиску може скласти до 4 кПа. Відповідно до формули (3.12.) Обсяг повітря прошарку при зміні тиску повинен змінитися на величину близько 4%. Так як вигинаються обидва скла, то кожне скло при деформації буде змінювати обсяг повітря на 2,0%, щоб компенсувати надлишковий атмосферний тиск.

З наведених вище міркувань можна зробити висновок про те, що вибір товщини повітряного прошарку надає певний вплив на статичну роботу склопакета.

У склопакеті, яке знаходиться під впливом однобічного зовнішнього навантаження, збільшення обсягу повітряного прошарку приведе до того, що погіршується спільна робота стекол в склопакеті. Реальна навантаження на внутрішнє скло зменшиться, а на зовнішнє скло - збільшиться. За характером статичної роботи склопакет буде наближатися до вікна з 2-х шаровим роздільним склінням.

У склопакеті, яке знаходиться під впливом двосторонньої зовнішньої навантаження за рахунок перепадів температури, збільшення обсягу повітряного прошарку приведе до збільшення ймовірності руйнування скла в склопакеті.

У склопакеті, яке знаходиться під впливом двосторонньої зовнішньої навантаження за рахунок перепадів атмосферного тиску, збільшення обсягу повітряного прошарку також призведе до погіршення спільної роботи стекол в склопакеті.

Таким чином, можна говорити про те, що виходячи з умови міцності, товщина повітряного прошарку склопакета повинна бути мінімальною.

Слід зазначити, що в склопакетах з вузькими камерами (наприклад 6 мм), "схлопування" може відбутися в результаті того, що сумарний подвійний прогин стекол перевищить товщину камери.

Спільна робота склопакета і віконного профілю. Навантаження крайової зоні склопакета

У наведених вище розділах була розглянута робота склопакета без урахування впливу віконного профілю, в який він вставляється. Разом з тим, напруги, що виникають в крайовій зоні пакета за рахунок різних коефіцієнтів температурного розширення металу і скла, а також зусилля, викликані температурними деформаціями віконного профілю, є однією з основних причин руйнування склопакетів, поряд з перепадами тиску і температур.

При вигині віконного профілю за рахунок виникаючих в ньому температурних напружень, вітрових навантажень, власної ваги вище розташованих конструкцій, а також при динамічних впливах від відкриваються і закриваються дверей в офісних перегородках, вітринах і т.п., зусилля від профілю передаються на крайову зону склопакета . Для довговічною і надійної експлуатації склопакетів способи їх кріплення повинні виключати передачу цих навантажень. З цією метою між склопакетом і палітуркою залишають компенсаційні зазори, в які при установці склопакета в проектне положення укладаються спеціальні підкладки. За своїм призначенням вони поділяються на опорні і фіксуючі. Опорні підкладки служать для передачі навантаження від власної ваги на палітурка, здатні фіксувати - забезпечують центрування склопакета в світловий осередку, а також виключають можливість його зміщення при відкриванні стулок.

Підкладки під склопакет для ПВХ-профілів виготовляються у вигляді пластин з ПВХ, розміром 30 х 97 мм і товщиною 1.0,2.0,3.0,4.0 і 5.0мм. Схема розміщення підкладок залежить від виду скління (глухе або відкривається) і способу під вагомі стулок. На рис.3.17 показані приклади встановлення підкладок, відповідно до рекомендацій концерну Veka.

вікно з глухим скліннямповоротно-відкидне вікноповоротне вікнонижньопідвісних вікнорозсувне вікноверхньоподвісні вікно

Мал. 3.17. Приклади установки підкладок під склопакет

Крайова зона є найбільш вразливою для склопакета за рахунок контакту матеріалів з різними фізичними характеристиками. При установці склопакетів у віконний профіль слід по можливості захищати її від промерзання. Крім того, як вже зазначалося вище, мікротріщини, які можуть виникнути при різанні скла на стадії виготовлення склопакета, можуть привести до його руйнування в процесі експлуатації, за рахунок виникаючих безпосередньо в крайовій зоні температурних напружень.

За матеріалами книги:
І.В. Борискина і ін., "Проектування сучасних віконних систем цивільних будівель", Київ - 2005 р., Видавець Домашевська О.А.

Будемо раді відповісти на всі Ваші запитання!

Вдалих і приємних Вам покупок!