225 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет толщины стекла в стеклопакете

Обучение и техническая поддержка для проектировщика

расчет триплекса

Рис 1 — триплекс 6.6.2

Расположение зенитного фонаря — Москва

Высота стекла 1575 мм., ширина стекла 1050мм.

СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия», приложение Г, пункт б с двухскатным покрытием, рисунок Г1, вариант 3, µ=1,4 на коньке. Для расчета берем конек зенитного фонаря, стеклянное полотно здесь самое нагруженное.

Высота установки двухскатного зенитного фонаря – на отметке 19 метров.

Длина 49 метров. Вертикальная высота пологой кровли 2,1 метра. Толщина стекла 1,2 см. (триплекс 6.6.2). Опирание по 4-ем сторонам стекла.

Толщина стекол в стеклопакетах определяется расчетом на прочность и

должна быть не менее: 3 мм — для окон и 5 мм — для зенитных фонарей.

Наружные и внутренние стекла принимаются равной толщины, в трехслойных

стеклопакетах средние стекла допускается принимать меньшей толщины, чем

наружные. Стеклопакеты должны быть прямоугольной формы с соотношением сторон

Армированное стекло в стеклопакетах применять не допускается.

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле:

Sо=0,7*Сe*Ct* µ*Sg = 0,7*1,0*1,0*1,4*180 = 176,4 кг/м2

где, Ce=1,0 – коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов.

V= 4 м/с – средняя скорость ветра для Москвы, карта 2 СП 20.13330.2011

Сt = 1,0 – термический коэффициент.

Sg – вес снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, согласно таблицы 10.1 г.Москва расположена в 3 снеговом районе = 180 кг/м2 или 1,8 кПа.

Пиковая ветровая нагрузка:

W(-)=Wо * k(Ze) * [1+Ϛ(Ze)] * Cp (-) * V(-) = 23 * 0,84 * [1 + 0,93] * (-1,5) * 0,65 = 36,3 кгс/м2

W(+)=Wо * k(Ze) * [1+Ϛ(Ze)] * Cp (+) * V(+) = 23 * 0,84 * [1 + 0,93] * 1,2 * 0,75 = 33,5 кгс/м2

Wо=23 кгс/м2 – нормативное значение ветрового давления

k(Ze) = k10 * (Ze/10) в степени 2*α = 0,65 * (19/10) в степени 2*0,2 = 0,84

тип местности В

Ze – эквивалентная высота, у нас 19 метров.

α = 0,20 из таблицы 11.3 СП «Нагрузки и воздействия».

Ϛ(Ze) = Ϛ10 * (Ze/10) в степени –α = 1,06 * (19/10) в степени – 0,2 = 0,93

Ϛ10 – коэффициент из таблицы 11.3

Cp (-) = -1,5 и Ср (+) = 1,2 по таблице Д12 зона Е, пиковое значение аэродинамических коэффициентов положительного давления (+), либо отсоса (-).

V(-)(+) = коэффициент корреляции ветровой нагрузки, в зависимости от площади ограждения А с которой собирается ветровая нагрузка 49м * 2,1м = 102,9 м2, по таблице 11.8 берем >20, получается V(-) = 0,65; V(+) = 0,75.

ϕ = 25 град – угол наклона стропилы.

Для расчета по предельным состояниям 1-ой группы напряжений от воздействия снеговой и ветровой нагрузки берем коэффициент 1,4 – для расчета по напряжению.

Для расчета по предельным состояниям 2-ой группы напряжений от воздействия снеговой и ветровой нагрузки берем коэффициент 1,0 – для расчета по прогибу.

Допустимые напряжения на внешнем стекле согласно СН 481 – 75 «Инструкция по проектированию, монтажу и эксплуатации стеклопакета »:

24,5 Н/мм2 – стекло закаленное

14,7 Н/мм2 – стекло незакаленное

Допустимые напряжения на внешнем стекле согласно Европейским нормам DIN 1249-10

50 Н/мм2 – стекло закаленное

22,5 Н/мм2 – стекло многослойное (триплекс)

15 Н/мм2 – стекло незакаленное

29 Н/мм2 — термоупрочненное — с внешнего источника

Собираем нагрузки ветер + снег для расчета по напряжению= 159,8 + 32,9 = 192,7 кгс/м2 = 0,001889 Н/мм2 * 1,4 = 0,0026446 Н/мм2

Собираем нагрузки ветер + снег для расчета по прогибу= 159,8 + 32,9 = 192,7 кгс/м2 = 0,001889 Н/мм2

Снег раскладываем на косинус и синус, получаем Py = P * cos 25 град = 176,4 * 0,906 = 159,8 кгс/м2

Ветер раскладываем на косинус и синус, получаем Vy = V * sin 65 град = 36,3 * 0,906 = 32,9 кгс/м2

Деформация (перемещение) в угловых зонах 2,28мм. < 1/250 = 1050 / 250 = 4,2 мм. что допустимо.

Допустимый прогиб наружного (или внутреннего со стороны помещения – на зенитном фонаре) стекла 8мм. согласно в визуальном восприятии фасада здания, для предотвращения эффекта линзы, смотри рисунок 2.

Согласно ГОСТа 24866-2014 «Стеклопакеты клееные. Техническое условия.» прогиб листовых стекол не должен превышать 1/250 наименьшей стороны или ½ ширины дистанционной рамки.

Рис 2 — деформация (прогиб) в триплексе 6.6.2

Расчет толщины стекла в стеклопакете



3.11. Расчет прочности наружного стекла стеклопакета на изгиб производится по формуле

(7)

где f — прогиб в центре стекла от расчетной нагрузи q p , см;

R и ? расчетное сопротивление на изгиб, кгс/см 2 , принимаемое равным 150 — для оконного и витринного, 250 — для закаленного стекла.

Отношение определяется по графику, приведенному на рис. 3, в зависимости от величины k , вычисляемой по формуле

(8)

где E — модуль упругости стекла, равный 6,5 ? 10 5 кгс/см 2 .

Пример расчета стеклопакета на прочность приведен в приложении 4.

Рис. 3. График для определения отношения f / d и прогиба f наружного стекла стеклопакета

3.12. Между стеклопакетами и переплетами окон должны предусматриваться зазоры, для чего устанавливаются опорные и фиксирующие торцовые и боковые прокладки (приложение 5, рис. 5 и 6,а). Схемы расположения прокладок в переплетах приведены в приложении 5, табл. 5.

Длина опорных прокладок принимается при нагрузке от стеклопакета, приходящейся на одну прокладку:

менее 15 кгс . 50 мм

сверх 15 до 50 кгс . 100мм

сверх 50 кгс . 150мм

Зазоры между стеклопакетами и переплетом заполняются нетвердеющей мастикой.

Крепление стеклопакетов в переплетах окон и витрин допускается предусматривать также эластичными профилями, устанавливаемыми по контуру (приложение 5, рис. 6,б, в).

Штапики и эластичные профили должны закрывать распорную рамку стеклопакета.

3.13. Стеклопакеты, устанавливаемые в окнах и витринах, следует располагать на высоте не менее 0,2 м над уровнем пола и тротуара.

3.14. Переплеты зенитных фонарей со стеклопакетами следует, как правило, проектировать открывающимися, предусматривая возможность очистки внутренней поверхности остекления с кровли.

3.15. Стеклопакеты в зенитных фонарях должны равномерно опираться по контуру на несущие элементы фонаря через эластичные прокладки, иметь уклон не менее 5° и возвышаться над кровлей не менее чем на 250 мм .

Между торцами стеклопакетов и переплетами должны быть предусмотрены зазоры шириной 5 мм , заполняемые нетвердеющей мастикой или эластичными профилями.

С наружной стороны зазоры между стеклопакетами и переплетами должны быть герметизированы.

3.16. В зенитных фонарях со стеклопакетами следует предусматривать устройство под остеклением защитных металлических сеток с ячейками 50х50 мм, окрашенных, в белый цвет.

4. МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТЕКЛОПАКЕТОВ

4.1. Хранить стеклопакеты перед монтажом следует в положении «на ребро» в ящиках или стеллажах в отапливаемых помещениях. Между ящиками необходимо оставлять зазоры шириной 20 мм для проветривания.

Основания стеллажей должны оклеиваться войлоком или резиной и иметь наклон 5 — 6° (приложение 6, рис. 7) Стеклопакеты в стеллажах устанавливаются перпендикуляр к плоскости основания.

Между стеклопакетами в местах расположения распорных рамок следует устанавливать прокладки из войлока, картона и резины. На стеллаже следует хранить стеклопакеты одинаковых размеров.

4.2. Стеклопакеты со склада к месту монтажа следует доставлять в ящиках или специальных кассетах.

4.3. Перед установкой в конструкции необходимо произвести тщательный визуальный осмотр каждого стеклопакета. Не допускается применять стеклопакеты, имеющие трещины или сколы в торцах стекол, отслоения в клеевых швах, повреждения обрамляющих рамок.

Расчет толщины стекла в стеклопакете

заказать окна ПВХ по тел.:

Прочностные расчёты стеклопакетов для элементов панорамного остекления проводятся в соответствии с техническими предпосылками, изложенными в разделе 3.1.5, по методике европейских нормативных документов: DIN 1055 «Воздействия на сооружения»; DIN 1249 «Стекло листовое для строительства»; DIN 18516 «Облицовка вентилируемых фасадов».

На этой стадии происходит уточнение и корректировка конструкции стеклопакета, предварительно выбранной на основании теплотехнических расчётов (см. раздел 4.1).

Как уже отмечалось в разделе 3.1.5, прочностные расчёты стеклопакетов проводятся из условия совместного действия ветровой и климатической нагрузок (перепады температур и давления во внутренней полости стеклопакета) и сводятся к определению необходимой толщины стёкол и межстекольного расстояния для стеклопакета с заданными габаритными размерами./p>

Для объектов малоэтажного строительства определение ветровых нагрузок, действующих на стеклопакет, не играет настолько серьёзной роли как в многоэтажных и высотных зданиях. Прогнозирование возможного разрушения стеклопакетов в индивидуальных домах в основном связано с воздействием перепадов температур и атмосферного давления на стадии зимнего монтажа, а также в период эксплуатации стеклопакетов в неотапливаемом здании (длительное, незавершённое или замороженное строительство).

В общем случае в наиболее неблагоприятных условиях статической работы находится наружное стекло стеклопакета. При этом полная нагрузка, действующая на наружное стекло, может быть определена как

где
Pδ — собственный вес стекла и снега на единицу площади [кН/м2];
Wm — ветровая нагрузка [кН/м2];
ΔP — климатическая нагрузка от перепадов атмосферного давления и температуры, [кН/м2].

Для стеклопакета, установленного вертикально Pδ = 0 (оконные и фасадные конструкции), соответственно формула (4.3.2.1) запишется в виде

Аналогично статическим расчётам профильных элементов, расчётное значение ветрового давления, принимается согласно DIN EN 12210 «Прочность системы».

Значение климатической нагрузки ΔP определяется согласно DIN 1055 по формуле

где
ΔT = Тt – Tпр — разница температур эксплуатации и производства стеклопакета (разница температур в воздушной полости стеклопакета во время производства и в данный момент эксплуатационного периода), [оК];
ΔРмет = Рt – Рпр — разница атмосферных давлений во время эксплуатации и во время производства стеклопакета, [кН/м2];
Δh = ht – h — разница геодезических высот места эксплуатации и места производства стеклопакета, [м]. ( Не более 500 м).
При условии производства и эксплуатации стеклопакетов в одном климатическом регионе и при относительно постоянном атмосферном давлении уравнение (4.3.2.2) запишется в виде

При этом расчётное значение климатической нагрузки может быть приближённо определено из соотношения

где
α — коэффициент, определяющий жёсткость стеклопакета и зависящий от его габаритных размеров и толщины стёкол и воздушной прослойки.

Вероятность разрушения стеклопакета под действием неблагоприятного сочетания климатических и ветровых нагрузок оценивается величиной максимально допустимого прогиба в центральной зоне, зависящего от величины расчётного сопротивления листового стекла на растяжение при изгибе. Согласно рекомендациям ГОСТ 24866-99, эту величину рекомендуется принимать σ из = 15 МПа = 150 кгс/см2 = 0,15 кН/м2 = 15 Н/мм2. В европейских документах это значение намного выше. Так, согласно DIN 1249, часть 10 расчётное сопротивление листового стекла на растяжение при изгибе принимается равным σ из = 30 Н/мм2 и закалённого стекла σ из = 50 Н/мм2.

Это говорит о том, что европейские рекомендации в части проектирования прочностных свойств стекла и стеклопакетов имеют значительный запас надёжности по отношению к российским нормативным требованиям.

Согласно DIN 18516, величину максимально допустимого прогиба при изгибе рекомендуется принимать равной f изг ≤ L/100, где L — длинная сторона стеклопакета [мм].

Реальный прогиб стёкол в эксплуатационных условиях не является постоянным и зависит от температуры воздуха в воздушной прослойке стеклопакета в данный момент времени, а также от жёсткости стёкол, определяемой их толщиной и геометрическими размерами.

Пример расчёта
Для витража VITR дома, возводимого в Московской обл., и показанного на (рис. 4.3.1.1), на стадии теплотехнических расчётов был выбран однокамерный стеклопакет с низкоэмиссионным стеклом — 4М1-10-И4. Согласно чертежам рис. 4.3.1.4, в конструкции витража будут использоваться прямоугольные стеклопакеты с размерами сторон: высота 800 мм; ширина 1800 мм. Стеклопакеты изготавливаются в г. Москве при температуре на производстве +18 °C и атмосферном давлении воздуха 760 мм. рт. ст. Необходимо спрогнозировать возможный риск разрушения стеклопакета в процессе монтажа и эксплуатации и при необходимости скорректировать толщины стёкол и воздушной прослойки, предварительно выбранных по теплотехническим требованиям.

Определение группы исходных данных для расчёта Предварительная формула (конструкция) стеклопакета задаётся на основании теплофизических требований для г. Москвы (Rreg = 0,53 м2 °С/Вт согласно требованиям СНиП 23-02-2003) — 4М1-10-И4.

Интервал эксплуатационных температур задаётся на основании СНиП 2301-99 — от –32 °C до +23,6 °C. –32 °C — температура наиболее холодных суток (табл. 1 СНиП 23-01-99); +23,6 °C — средняя максимальная температура наиболее тёплого месяца (табл. 2 СНиП 23-01-99);
Принимается, что атмосферное давление при эксплуатации равно атмосферному давлению во время производства стеклопакета.

Максимальная высотная отметка фасада — 12 м от поверхности земли. Расчёт производится для наветренного фасада здания. Согласно DIN EN 12210, расчётная ветровая нагрузка для зданий, высотой до 20м принимается равной wm = 600 Па = 600 Н/м2 = 0,6 кПа = 0,6 кН/м2.

Величина эксплуатационной климатической нагрузки может быть предварительно оценена без учёта собственной жёсткости стеклопакета на основании соотношения (5.4.3а). В рассматриваемом годовом эксплуатационном температурном интервале для заданного климатического района (–32 °C зимой до +23,6 °C летом) наихудшие условия для стеклопакета создаются в крайней зимней температурной точке (–32 °C).
При температуре наружного воздуха tн = –32 °C и температуре внутреннего воздуха помещения tн = +20 °C, можно с большим приближением принять расчётную температуру воздуха в воздушной полости стеклопакета как

tрасч = (tв + tн)/2 = (+20– (32))/2 = –6

Исходя из этого условия, величина климатической нагрузки может быть предварительно оценена как [кН/м2].

Р0 = 0,34 ΔT = 0,34 (Тt – Tпр) = 0,34 ((–6 + 273) – (+ 18 + 273)) = –8,16

Величина монтажной климатической нагрузки может быть предварительно оценена из наихудших условий монтажа и эксплуатации стеклопакета на неотапливаемом объекте в зимнее время. В этом случае расчётная температура воздуха в прослойке стеклопакета принимается равной температуре наружного воздуха tн = –32 °C, а величина климатической нагрузки предварительно оценивается как [кН/м2].

Р0 = 0,34 DT = 0,34 (Тt – Tпр) = 0,34 ((–32 + 273) – (+ 18 + 273)) = –17

Коэффициент жёсткости стеклопакета

Работа стеклянных пластин под действием равномерно распределённых нагрузок описывается уравнениями теории упругости. Коэффициент жёсткости стеклопакета a определяется согласно DIN 1055 по формуле

α = 1/ [1 + (K/K*)4] (4.3.2.4)

где
K — короткая сторона стеклопакета, [мм];
K* — «характеристическая длина» стеклопакета, [мм], определяемая как

K* = 4√ [ (S D1 D2)/(P n (D1 + D2) Av) ] (4.3.2.5)

Для стеклопакета с одинаковыми стёклами уравнение (4.3.2.5) запишется в виде:

K* = 4√ [ (S D2)/(2 DP n Av) ] = 4√ [ (S D)/(2 P n Av) ] (4.3.2.5а)

где
S — ширина межстекольного пространства (воздушной прослойки) стеклопакета, [мм],
P n — нормальное атмосферное давление, принимаемое равным P n = 0,1 Н/мм2 (100 Н/м2 = 100 кПа); D1, D2 — цилиндрические жесткости стекол, определяемые как

D = E δ3/12 (1 – μ2) (4.3.2.6)

где
E — модуль упругости стекла E = 70 000 [Н/мм2];
δ — толщина стекла, [мм]
μ — коэффициент Пуассона (для стекла μ = 0,23)

D = E δ3/12 (1 – 0,232) = E δ3/11,37 = 6156 δ3 (4.3.2.6а)

Av — безразмерная величина, зависящая от отношения короткой стороны стеклопакета к длинной, принимаемая по табл. 4.3.2.1. Для стеклопакета с размерами сторон 800 x 1800 мм, это соотношение составит К/L = 800/1800 = 0,44. Соответственно значение Av принимается равным 0,00478

Табл. 4.3.2.1. Зависимость значения Av от отношения сторон стеклопакета
L— длинная сторона,
К— короткая сторона

Для предварительно выбранных стёкол пакета, толщиной 4 мм, по формуле (4.3.2.6а) находим:

D = E δ3/12 (1 – μ2) = 6156 x 43 = 393984

Подставляя значения в уравнение (4.3.2.5а), при предварительно выбранной толщине воздушной прослойки 10 мм получим

K* = 4√ [ (S D)/(2 P n Av) ] = 4√ [ (10 x 393984)/(2 x 0,1 x 0,00338) ] = = 4√ [ (3939840)/(0,000676) ] = 253

По формуле (4.3.2.4):

α = 1/ [1 + (K/K*)4] = 1/ [1 + (1000/253)4] = 0,004

Суммарная расчётная нагрузка на наружное стекло

С учётом коэффициента жёсткости стеклопакета расчётные климатические нагрузки составят:

Эксплуатационная нагрузка
ΔP = α P0 = 0,004 x 8,16 = 0,03 кН/м2

Монтажная нагрузка
ΔP = α P0 = 0,004 x 17 = 0,07 кН/м2

Суммарная расчётная нагрузка на наружное стекло составит

Эксплуатационная нагрузка
P = Wm + ΔP = 0,6 + 0,03 = 0,63 кН/м2

Монтажная нагрузка
P = Wm + ΔP = 0,6 + 0,07 = 0,67 кН/м2

Окончательный выбор толщины наружного стекла и воздушной прослойки

Требуемая толщина наружного стекла δ, необходимая для восприятия расчётных нагрузок, определяется согласно DIN 1249 по формуле

δ = √ (φ P (K/2)2 103)/σ из (4.3.2.7)

где
δ — толщина наружного стекла, [мм];
P — общая суммарная нагрузка, [кН/м2];
K — короткая сторона (ширина) стеклопакета, [м] ;
σ из — прочность стекла при изгибе [Н/мм2], σ из — прочность стекла при изгибе [Н/мм2], принимаемая согласно ГОСТ 24866-99, σ из = 15 Н/мм2.
φ — безразмерная величина, зависящая от отношения длинной стороны стеклопакета к короткой, принимаемая по табл. 4.3.2.2. Для стеклопакета с размерами сторон 1800 x 800 мм, это соотношение составит L/K = 1800/800 = 2,25.
Соответственно значение φ принимается равным 2,60.

Табл. 4.3.2.2. Зависимость расчетных коэффициентов от отношения сторон стеклопакета L — длинная сторона, К— короткая сторона

Проверка правильности предварительного выбора толщины стекла производится по формуле (4.3.2.7). Подставляя значения, для суммарной расчётной эксплуатационной нагрузки получим

δ = √ (φ P (K/2)2 103)/σ из = √ (2,60 x 0,63 x (0,8/2)2 103)/15 = 4,2 мм

Следовательно, предварительно выбранная толщина стекла в 4 мм является недостаточной. В стеклопакете с заданными габаритными размерами необходимо применение наружного стекла толщиной 5 мм.

Проверка правильности выбора толщины воздушной прослойки из условия возможного «схлопывания» стеклопакета определяется путём вычисления максимально возможного эксплуатационного прогиба стёкол. Определение максимального эксплуатационного прогиба наружного стекла производится согласно DIN 1249 по формуле:

f = ψ P (K/2)4 109/(E δ3) ≤ f изг (4.3.2.8)

где
f — расчетный прогиб [мм];
f изг — максимально допустимый прогиб стекла при изгибе [мм], принимаемый равным f изг ≤ L/100, где
L — длинная сторона стеклопакета [мм];
K — короткая сторона стеклопакета, [мм];
δ — толщина стекла, [мм];
P — суммарная расчётная нагрузка, действующая на стёкла стеклопакета
и определяемая по формуле (4.3.2.2), [кН/м2];
E — модуль упругости стекла E = 70000 [Н/мм2].

ψ — безразмерная величина, зависящая от отношения длинной стороны стеклопакета к короткой, принимаемая по табл. 4.3.2.2. Для стеклопакета с размерами сторон 1800 x 800 мм, это соотношение составит L/K = 1800/800 = 2,25. Соответственно, значение ψ принимается равным 1,92.

Наибольший риск «схлопывания» стеклопакета существует при зимнем монтаже в неотапливаемом здании, соответственно с учётом скорректированного значения толщины наружного стекла и суммарной монтажной нагрузке получим

ψ P (K/2)4 109/(E δ3) = 1,92 x 0,67 x (0,8/2)4 109/(70000 x 53) = 3,8 мм

Прогиб внутреннего стекла пакета, толщиной 4 мм при этом составит

ψ P (K/2)4 109/(E δ3) = 1,92 x 0,67 x (0,8/2)4 109/(70000 x 43) = 7,4 мм

Суммарный «встречный» прогиб обоих стёкол составит 7,4 + 3,8 = 11,2 мм => стеклопакет с предварительно выбранной воздушной прослойкой 10 мм при установке в неотапливаемом здании в зимнее время разрушится.

Таким образом, по итогам прочностных расчётов может быть принята окончательная формула стеклопакета для конструкций панорамного остекления — 5М1-16-И4.

Как избежать «кривых зеркал» в светопрозрачных фасадах

Введение

Несколько десятилетий назад, когда стеклопакеты еще не получили такого широкого распространения как сейчас, светопрозрачные фасады и витрины магазинов выглядели почти как идеальные зеркала. В наше время массового применения стеклопакетов, визуальные искажения отражающихся наружных объектов в фасадном остеклении является частой проблемой и предметом споров и недоразумений между проектировщиками, строителями и заказчиками. Нередко хорошо спроектированные фасады бывают совершенно испорченными, когда они выглядят как настоящие «кривые зеркала» (рисунок 1).

Рисунок 1 – Чрезмерные визуальные искажения в отражениях фасадов зданий [1]

Основными причинами искажения отраженной «картинки» стеклопакетов являются следующие:

  • прогибы стекол под воздействием изменений атмосферного давления и температуры наружного воздуха и
  • волнистость стекол, которую они получают при закалке.

Ниже будет рассмотрена первая причина – воздействие климатических факторов. О дефектах стекол, которые возникают при их закалке см. здесь.

Представленные данные будут полезны при выборе стеклопакетов для светопрозрачных фасадов, особенно, в тех случаях, когда к ним предъявляются повышенные требования по качеству отражения соседних объектов.

Сущность проблемы

Стеклопакет состоит из двух или более плоских листов стекла, которые разделены между собой спейсерами – дистанционными рамками. Эта дистанционная рамка является пустотелой и имеет отверстия, которые выходят внутрь стеклопакета. Внутрь дистанционной рамки засыпают зернистый материал, который впитывает влагу – молекулярное сито (диссикант). При изготовлении стеклопакета его внутренняя полость надежно изолируется от внешней среды специальными герметиками (рисунок 2).

Рисунок 2 – Конструкция типичного стеклопакета [1]

После того, как стеклопакет полностью собран и установлен в ограждающую конструкцию здания – окно или фасад, он постоянно подвергается воздействию различий наружной температуры воздуха и атмосферного давления с температурой и давлением воздуха внутри стеклопакета. При низком атмосферном давлении и высокой наружной температуре возникает выпучивание стекол (рисунок 3а). Высокое атмосферное давление и низкая наружная температура, напротив, приводят к вогнутости стекол (рисунок 3б).

Рисунок 3 – Прогибы стекол стеклопакетов:
а) жаркий день + пониженное давление;

б) холодный день + повышенное давление [1]

Аналогичные проблемы возникают при поглощении дискантом одного из газов, которыми была наполнена полость стеклопакета [1]. Ниже для простоты будем рассматривать стеклопакеты, наполненные только воздухом.

Похожее явление происходит, если стеклопакеты изготавливались на одной высоте над уровнем моря, а установлены в здании значительно выше или ниже над уровнем моря.

В больших стеклопакетах механические напряжения, которые вызываются разностями давления и температуры, могут совершенно незначительными, однако перемещения в середине стеклянных листов могут быть достаточно большими. Эти перемещения и вызывают неприятные визуальные искажения отражающихся в стеклах наружных объектов, например, соседних зданий или деревьев. Эти визуальные искажения отраженных картинок особенно заметны снаружи светопрозрачных фасадов, витрин или больших окон. Эта проблема почти не наблюдается изнутри здания из-за более слабого освещения и более короткого расстояния обзора, а также потому, что стекло изнутри часто «спрятано» за шторами или жалюзями.

Контрольные параметры для проектирования

Только что изготовленные стеклопакеты имеют практические плоские наружные и внутренние стекла. В зависимости от наружных условий эти стекла могут получить выпуклую или прогнутую форму (рисунок 4). Величина такого прогиба – положительного или отрицательного – зависит от следующих параметров:

  • Ширина и длина стеклопакета
  • Толщина каждого стекла
  • Толщины воздушной прослойки между стеклами
  • Разность между фактическим атмосферным давлением (Р) давлением внутри полости стеклопакета (Ризг).
  • Разность между фактической температурой воздуха внутри стеклопакета (T) и температурой этого воздуха при изготовлении стеклопакета (Тизг)

Рисунок 4 – Отражение размерной сетки:

на выпуклом (а) и вогнутом (б) стеклах стеклопакетов [2]

Стеклопакет для показательных расчетов

Рассмотрим однокамерный стеклопакет шириной 915 мм и высотой 2743 мм, толщиной стекол 6 мм и толщиной воздушной прослойки (расстоянием между стеклами) 13,4 мм (рисунок 5) [1]. Примем, что условия, при которых изготавливался стеклопакет, следующие: температура воздуха 20 ºС и стандартное атмосферное давление 101,3 кПа.

Рисунок 5 – Раcчетный стеклопакет [1]

Влияние температуры и давления

Влияние наружной температуры и атмосферного давления на прогиб центра стекол расчетного стеклопакета показано на рисунках 6 и 7. Как видно из величин прогибов, влияние изменения температуры более значительно, чем изменение давления.

Прогиб стеклянных листов зависит от их конструкционной жесткости. Поскольку оба стекла являются одинаковыми и имеют одинаковую жесткость, то прогибы по обеим сторонам стеклопакета являются одинаковыми. Величина этих прогибов не зависит от термической обработки стекол, например, от их закалки [1].

Рисунок 6 – Зависимость прогибов стекол стеклопакета

от изменения температуры воздуха внутри стеклопакета [1]


Рисунок 7 — Зависимость прогибов стекол стеклопакета

от изменения атмосферного давления [1]

Влияние расстояния между стеклами

В частном случае, когда температура воздуха внутри стеклопакета составляет минус 30 ºС при атмосферном давлении 102 кПа результирующий прогиб каждого листа стекла расчетного стеклопакета составляет около 2,5 мм. Это – суммарный прогиб от комбинированного воздействия изменений температуры и давления.

При тех же условиях (минус 30 ºС и 102 кПа) при увеличении номинальной толщины воздушной прослойки с 13,4 до 25 мм результирующий прогиб середины стекла возрастает с 2,5 до 4,6 мм (рисунок 8). Это происходит потому, что с увеличением расстояния между стеклами пропорционально возрастает объем воздуха внутри его полости [1].

Рисунок 8 — Зависимость прогибов стекол стеклопакета

от толщины воздушной прослойки (расстояния между стеклами) [1]

Влияние толщины стекол

Прогиб каждого стеклянного листа является в общем случае обратно пропорциональным его жесткости. Жесткость стекла, в свою очередь, пропорциональная кубу (третьей степени) толщины стекла. Следовательно, визуальное искажение может контролироваться путем увеличения толщины наружного стекла, оставляя внутреннее стекло более тонким. Такая модификация будет также увеличивать общую прочность стеклопакета, так как большинство наружных нагрузок (ветер, снег) будут восприниматься более толстым стеклом.

Заменим в примере выше наружное стекло на стекло толщиной 8 мм, а внутреннее стекло на стекло толщиной 4 мм, сохранив толщину воздушной прослойки прежней, то есть 13,4 мм. Это приведет к существенному снижению прогиба наружного стекла и увеличению прогиба внутреннего стекла (рисунки 8 и 9).

Рисунок 9 – Зависимость прогибов наружного (толстого, 8 мм) стекла и

внутреннего (тонкого, 4 мм) стекла стеклопакета

от изменения температуры наружного воздуха

Рисунок 10 – Зависимость прогибов наружного (толстого, 8 мм) стекла и

внутреннего (тонкого, 4 мм) стекла расчетного стеклопакета

от изменения атмосферного давления

Для тех же температуры и давления, которые применялись в предыдущем расчете (минус 30 ºС и 102 кПа) прогиб наружного стекла (8 мм) составляет 0,56 мм, а прогиб внутреннего стекла (4 мм) – 4,5 мм. Результирующие искажение наружного отражения будет приблизительно в пять раз слабее, чем для стеклопакета с одинаковыми стеклами толщиной 6 мм. Кроме того, по сравнению со стандартным стеклопакетом такая конструкция стеклопакета повышает его звукоизоляционные свойства и не снижает его сопротивления теплопередаче.

Приемлемые прогибы стекол

Чтобы обеспечивать приятный архитектурный вид наружному светопрозрачному остеклению, проектировщик должен задавать допустимый предел для прогибов наружных стекол. Поскольку это чисто визуальный вопрос, то в этом случае человеческий глаз является лучшим измерительным инструментом. Не существует принятой процедуры или соглашения о том, что является приемлемым искажением отражения. Более того, некоторые люди – и проектировщики, и заказчики – являются более чувствительными к таким искажениям, чем другие.

Для конкретного стеклопакета прогиб стекла ограничивается его меньшим размером. Поэтому прямолинейность отраженной прямой линии может быть выражена как отношение прогиба стекла (Y) к его меньшему размеру (L): Y/L.

По результатам испытаний было установлено, что приемлемые пределы прогибов стекол находятся в интервале отношения Y/L от 1/700 до 1/1000. Для малых стеклопакетов эти величины нужно проверять на то, чтобы напряжения в стеклопакетах не были слишком высокими. Эти величины были получены из субъективных оценок пятерых человек при наблюдении под углом 45º к плоскости стекла отражений двух перпендикулярных струн (рисунок 11) [1] .

Рисунок 11 – Схема испытания стекол на степень искажения отражения [1]

Факторы проектирования

Поскольку наружные искажения наиболее заметны в течение светового дня, то допустимый предел прогиба стекол должен устанавливаться для средних проектных условий, которым стеклопакет подвергается летом и зимой. Эти расчетные условия будут изменяться в зависимости от:

  • географического расположения,
  • ориентации и внутренних защитных устройств, таких как, жалюзи или шторы, которые влияют на температуру воздуха внутри стеклопакета
  • технических характеристик стеклопакета.

При рассмотрении климатических данных в течение дневного времени летом и зимой необходимо иметь в виду:

  • Среднее солнечное излучение
  • Средняя температура воздуха внутри здания
  • Средняя скорость ветра
  • Внутренние солнцезащитные устройства (жалюзи, шторы, навесы и т.п.)
  • Среднее атмосферное давление местности.

Заключение

Действующие нормативные документы требуют от проектировщика или производителя стеклопакетов задавать такую толщину стекол, чтобы они могли выдерживать ветровые и, при необходимости, снеговые нагрузки. Однако для больших стеклопакетов, которые применяются для фасадов, витрин и окон, может возникать проблема чрезмерного искривления отражающихся в них соседних объектов. Эти искривления возникают из-за больших прогибов стекол при изменении погодных условий, в первую очередь, температуры и давления. При проектировании таких стеклопакетов необходимо предпринимать конструкционные меры для ограничения этих прогибов.

1. Distorsion in Sealed Glazing Units – Technical Topics / A. Patenuade – Progressive Archtecture, 10, 1991

2. Window Distorsion — http://atkinsonsmirrorandglass.com/wp-content/uploads/2013/07/Distortion.pdf — 2013

ООО «Алюком»
г. Москва, ул. Нагатинская, д. 16, стр. 9, офис 2-5

Тел.: +7 (495) 268 0444
E-mail: info@alucom.ru

Производство и склад: Калужская обл., г. Малоярославец, ул. Калужская, 64.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector