Как выбрать и купить окна с правильным армирующим профилем.

Как выбрать и купить окна с правильным армирующим профилем.
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.
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 одного из известных производителей, 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 тоже 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, 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. 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.