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

Как рассчитать толщину стекол в стеклопакетах

Как рассчитать толщину стекол в стеклопакетах

Внешний вид окна играет важную роль, как при покупке, так и в процессе эксплуатации, поэтому основным критерием его качества для покупателя является отсутствие видимых недостатков. Среди подобных дефектов наиболее распространены прогибы стекла в пакете и образование так называемых «линз». Как правило, они проявляются уже после покупки – при первых морозах или перепадах атмосферного давления.

Объясняется это явление просто. Стеклопакет, соответствующий ГОСТ, является герметичной конструкцией, и объём газа внутри него изолирован от внешней среды. При любом изменении внешнего атмосферного давления, понижении или повышении температуры, объём газа внутри пакета изменяется, стёкла при этом прогибаются – стеклопакет начинает «дышать».

Строго говоря, идеально ровным стеклопакет может быть только после выхода с хорошей сборочной линии. Или при полном соответствии температуры и атмосферного давления тем значениям, которые были на момент его сборки. Во всех остальных условиях прогибы стёкол всегда присутствуют в той или иной степени, и это нормальное явление.

Причина чрезмерных прогибов – тех самых, которые приводят к образованию «линз», слипанию стёкол, разгерметизации и разрушению стеклопакетов, – в использовании стекла недостаточной толщины. Как правило, это следствие ошибки в расчётах, которую допустил продавец в попытке удержать покупателя любой ценой и заключить сделку «здесь и сейчас». В результате, в стеклопакет «чуть больше стандартного» установили стекло толщиной 4 мм. Считается, что прогибам более подвержены внешние стёкла в стеклопакете, что конечно же неверно – просто прогибы внутренних стекол пакета гораздо менее заметны снаружи. Особенно красочно выглядят «линзы» на внешних стеклах с повышенной зеркальностью (с коэффициентом отражения видимого света 25…30% и выше).

Наиболее склонны к чрезмерным прогибам большие стеклопакеты квадратной формы (со стороной от 1 метра) с толщиной стекла 4 мм, которое в таких размерах легко гнётся.

Последствия недостаточной толщины внешнего стекла.

Потенциальные последствия, к которым приводит недостаточная толщина внешнего стекла:

  • некрасивая «линза» на стеклопакете, «кривое» отражение
  • слипание стёкол в одной или в обеих камерах стеклопакета
  • разгерметизация стеклопакета
  • разрушение стеклопакета

Разрушение стеклопакета от климатической нагрузки.

В стеклопакетах вытянутой формы (с соотношением сторон 2:1 и более) стекла менее гибкие, нежели в стеклопакетах квадратной формы, и они меньше склонны к образованию «линзы». Однако они так же подвергаются нагрузке при изменениях атмосферного давления и температуры. При неблагоприятном сочетании этих факторов нагрузка на стёкла вырастает до такой степени, что стёкла лопаются, оставляя рисунок характерной формы. Именно поэтому в пункте 4.6 ГОСТ не рекомендуется изготовление стеклопакетов с соотношением сторон более 3:1 без проведения прочностных расчетов.

Фото стеклопакетов, лопнувших от климатической нагрузки:

Рекомендации ГОСТ по прогибу стекол в пакете

ГОСТ 24866-2014 «Стеклопакеты клееные. Технические условия» приводит следующие рекомендации: «… При наиболее неблагоприятном сочетании воздействующих на стеклопакеты факторов прогиб листовых стекол не должен превышать 1/250 наименьшей стороны или ½ ширины дистанционной рамки. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять другие требования к прогибу…» (п. 9.4) «… требования к отклонениям от плоскостности листов стекла в стеклопакете действительны при температуре воздуха (газа) внутри стеклопакета (20±4)°С и атмосферном давлении воздуха 745-760 мм рт.ст. При необходимости расширения этого диапазона температур и давлений, это должно быть учтено при расчете необходимой толщины стекол в стеклопакете…». Важно отметить, что в этом пункте допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять другие требования к прогибу. Это обусловлено тем, что зачастую стекла выдерживают нагрузку и прогибаются в одном направлении при сильных порывах ветра, что не вызывает ни слипаний, ни разрушений.

Иными словами, ГОСТ рекомендует проводить расчёты толщины стекла в пакете, позволяющие удостовериться, что при любых погодных условиях (температура, атмосферное давление) прогибы стекла при в пакете не приведут к ненормальным прогибам и его разрушению. Как это сделать?

Рекомендации по толщине стекол.

Для стандартных стеклопакетов площадью до 1.5 м2 рекомендуется применять стандартные формулы (однокамерный пакет: 4–16–4, двухкамерный пакет: 4–10–4–10–4. Если стеклопакет имеет площадь менее 0,6 м2, то не рекомендуется применять дистанционные рамки толщиной более 12 мм. В противном случае высок риск разрушения стеклопакета в зимний период. Для стеклопакетов площадь которых превышает 1,1 м2 рекомендуется применение наружного стекла толщиной 6 мм для уменьшения эффекта линзы. Для низкозеркальных стекол и покрытий (коэффициент отражения

  • состав стеклопакета (толщина стекол и ширина рамок)
  • размеры стеклопакета
  • ветровой регион (или населённый пункт, где предполагается установить стеклопакет)
  • высота установки стеклопакета
  • тип закрепления стеклопакета (например – по четырем сторонам)
  • плотность застройки в районе установки окна (лес, город, открытая местность или побережье) чертежи фасада здания с отметками уровня чистого пола

Для улучшения внешнего вида стеклопакета и уменьшения прогиба внешнего стекла рекомендуется применять стёкла разной толщины. Снаружи ставится более толстое стекло, внутри – более тонкое.

Расчет линзования стекол в стеклопакете

Появление линзы в стеклопакете неизбежно. И зависит от многих факторов, таких как: какой осушитель (молекулярное сито) применен в стеклопакете – необходимо учитывать влажность воздуха и абсорбцию влаги осушителем (т.е поглощение паров воды молекулярным ситом), ведь чем выше влажность в момент изготовления стеклопакета, тем больше влаги, после герметизации заберет осушитель из межстекольного пространства, тем самым создаться более разреженное состояние в стеклопакете по сравнению с воздухом вне стеклопакета, что приведет к избыточной внешней нагрузке на стекла и как результат, — к вогнутости стекол, т. е к эффекту линзования. Далее немаловажно, как собирался стеклопакет, — вертикально или же горизонтально, наличие ветровой нагрузки в период эксплуатации, повышение/понижение температуры, а также повышение/понижение атмосферного давления по сравнению с температурой и/или давлением в момент изготовления стеклопакета.

Соответственно, мы можем всего лишь минимизировать эффект линзы. Эффект линзы, невооруженным взглядом начинает проявляться при прогибе стекла 1/350. Расчет линзы, я считаю, носит вероятностный характер, — как правило, мы не знаем температуру в цеху, при которой собирается стеклопакет, не знаем атмосферное давление в момент сборки стеклопакета, не знаем влажность воздуха в день сборки.

В целом, расчет необходимо проводить как минимум для двух ситуаций:

  1. Расчет экстремального режима (до ввода в эксплуатацию): замороженный долгострой, — минусовая температура на улице и в помещении одинакова.
  2. Расчет нормального режима эксплуатации: температура внутри помещения + 20 0С.

Ветровая нагрузка для двух вариантов принимается одинаковая.

Произведу расчет. В качестве примера, возьму условия максимально приближенные к повседневным.

  • город: Санкт-Петербург.;
  • габариты стеклопакета: ВхШ, мм, 2500 х 1800 мм.;
  • формула стеклопакета:
  • наружное стекло: 6 мм.
  • ширина дистанционной рамки: 16мм.
  • внутреннее стекло: 6мм.;
  • Температура в момент сборки стеклопакета: +180С.
  • Влажность в момент сборки стеклопакета: 70%
  • Атмосферное давление в момент сборки стеклопакета: 749 мм.р.ст.
  • Атмосферное давление в период эксплуатации стеклопакета: 775 мм.р.ст. (эти среднестатистические данные для г.Санкт-Петербурга, взяты из СН 481-75)
  • Атмосферное давление в период экстремального режима эксплуатации стеклопакета: 793 мм.р.ст. (взял из недельной метеосводки на вторник, 7-е февраля 2012г.)
  • Температура в помещении, в период эксплуатации стеклопакета: +200С.
  • Тип местности: В
  • Высота установки стеклопакета: 5м.
  • Габариты здания: ВхШ, м., 20 х 35 м.;
  • Аэродинамический коэффициент: с=0,8

Методика расчета: прогиб стекол в стеклопакете следует считать раздельно.

За основу расчета, взял формулы из зарубежных Нормативных документов, таких как DIN 1249, DIN 1055. И “Технические правила…” от 2005г. (Technische Regeln fur Verwendung von linienformig gelagerten Verglasungen (TRLV)). Если у кого-нибудь из читающих этот блог, есть данные нормы в полном объеме (…эх-х, если еще и на русском языке), прошу прислать их мне, т.к, мне они не помешают.

Итак, возвращаюсь к алгоритму расчетов:

— один расчет на, — температурную нагрузку и атмосферное давление ;

— второй расчет на, — ветровую нагрузку.

Далее все результаты суммируются и переносятся на стекла в стеклопакете.

Согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» , выбираем для зимнего периода:

t1 = -36°С (табл. 1 графа 7: «Абсолютно минимальная температура воздуха, оС»).

Расчет номер 1 : Нагрузка от воздействия температуры и атмосферного давления на стеклопакет.

1. Определяем объем стеклопакета в момент сборки:

2. Выполняем расчет объема стеклопакета при экстремальном режиме:

3. Выполняем расчет объема стеклопакета при эксплуатационной температуре:

4. Находим среднюю температуру воздушной прослойки в стеклопакете:

5. Определяем силу действующую на стеклопакет при экстремальном режиме:

6. Определяем силу действующую на стеклопакет при эксплуатационной температуре:

7. Определяем цилиндрическую жесткость стекла:

8. Определяем характеристическую длину стеклопакета:

9. Определяем методом линейной интерполяции, безразмерный коэфф-т (Av)

Есть много способов линейной интерполяции, предлагаю один из них:

10. Определяем коэффициент жесткости стеклопакета:

11. При учете коэффициента жесткости стеклопакета, расчетная нагрузка составит:

1. Для экстремального режима:

2. В режиме эксплуатации:

12. Определяем методом линейной интерполяции, безразмерный коэфф-т ”Пси” (ψ):

13. Вычисляем прогиб стекол в стеклопакете, для экстремального и эксплуатационного режимов:

Расчет номер 2 : Нагрузка от ветрового давления на стеклопакет.

Итог:

Прогиб стекол в стеклопакете, для экстремального режима эксплуатации, составляет:

14,438+14,438 = слипание стеклопакета. Вообщем здесь лекарство только одно, — “поиграть” толщиной стекла. К примеру просчитать с наружным стеклом, толщиной от 8мм., и более.

Для нормального режима эксплуатации, прогиб составляет:

Наружное стекло: 7,324 мм. (атм. нагрузка) + 6 мм. (ветровая нагрузка) = 13,324мм.

Внутреннее стекло: 7,324 мм. (атм. нагрузка) + … -> вот здесь начинается самое интересное, — по логике, наружное стекло забирает 55% ветровой нагрузки и давит на упругую воздушную подушку в межстекольном пространстве, а та в свою очередь с силой, равной 45% от ветровой нагрузки воздействует на внутреннее стекло (Распределение ветровой нагрузки взято из СН 481-75 п.3.7). Соответственно внутреннее стекло выгибается в сторону помещения на 3,6мм.!

Т.е., зазор между стеклами составит: 16мм – (7,324мм. + 6мм. + 7,324мм. -3,6мм.) = — 1,04мм. М-да, результат необнадеживающий– при данной ширине дистанционной рамке, стекла соприкоснуться.

Вообщем и здесь формула стеклопакета не прокатила. А это значит что надо снова подбирать толщ. стекла.

Что еще могу заметить, — в немецких нормах ветровая нагрузка равная 100% воздействует также и на внутренние стекло (а не как у нас, равная 45%) . Также они считают что внутреннее стекло вследствие ветровой нагрузки выгибается не в сторону помещения, а в сторону улицы (может разработчики предполагали возможность возникновения сквозняка ?) .

Окончательный вывод, такой что у меня остался осадок, что работа выполнена только наполовину, т.к, прогибы стекла я посчитал, однако величины сопротивления стекла на изгиб (из этой методики расчета) так и не узнал.

Толщина наружнего стекла в стеклопакете

Прочее. Архитектура и строительство

Есть ли минимальные нормы к толщине наружнего стекла в стеклопакете (допустим 2-хкамерный) и вообще к толщинам зазоров между стеклами в пакете и т.п. в зависимости от площади окна?

п.с. и еще вопрос, не подскажете ли,существует ли такое конкретно требование к окнам первого этажа(либо витражам ), обуславливающее безопасность..я имею ввиду средства защиты от разбития,крошения (пленка триплекс и т.п.) Указано ли где-нибудь это в нормах?

Сообщение от Botan:
Толщина стекла и камеры подбирается по теплотехническому расчету.

да,это истинно так)) но я про другие требования, предьявляемые к стеклам, возможно существующие

2200×1500 макс.). Для изделий больших размеров лучше их посчитать или обратится за консультацией к производителям стеклопакетов. Я думаю они с удовольствием Вам прикинут формулу.

Сообщение от Lega:
Ширину камер подбирают исходя из теплотехнического расчета, можно воспользоваться ГОСТ 24866-99 «Стеклопакеты клееные строительного назначения. Технические условия» справочным приложением А. Толщину внешнего стекла да и остальных надо подбирать по расчету исходя из нагрузок и размера. Но если проще, то можно воспользоваться приложением Б того же ГОСТа. Или п.5.4.3
ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные. Общие технические условия»
Могу добавить, что по упрощенным методикам можно сделать выбор для более-менее стандартных изделий (

2200×1500 макс.). Для изделий больших размеров лучше их посчитать или обратится за консультацией к производителям стеклопакетов. Я думаю они с удовольствием Вам прикинут формулу.

Спасибо,вот то что нужно
В приложении Б ГОСТ 24866-99 мин.толщина стекол с учетом ветровой нагрузки, а вот какую и как нужно учитывать? в ГОСТ 23166-99 5 классов от 200Па до 1000Па, какую брать?))

Сообщение от Sanmart:
CADAVER, а у вас наружное стекло часом не тонированное?

Нет, прозрачное,а что,к тонированному особые требования?

Сообщение от zenon:
Botan, Lega, умники блин, вот из за таких и лопаются стеклопакеты, этот расчет в последнюю очередь.
Сперва расчет на прочность. На ветер и разницу в давлении.

Слышь друган стекольщик, а ты вопрос то внимательно читал?
«Есть ли минимальные нормы к толщине наружнего стекла в стеклопакете (допустим 2-хкамерный) и вообще к толщинам зазоров между стеклами в пакете и т.п. в зависимости от площади окна?»
И чем тебе ГОСТ «Стеклопакеты клееные. » с приведенной методикой не нравится?
Нет я конечно мог порекомендовать просчитать пакет в каком нить программном комплексе или развернуто написать всю методику расчета, начиная со сбора нагрузок. Но вопрос именно про нормы звучал, я их и привел.
Остекляем, алюминим. Занимаюсь тем же самым. Если хочешь выпендриться давай поспорим.
P.S. Если уж о методике, то в РФ есть только один официальный документ СН 481-75 «Инструкция по проектированию, монтажу и эксплуатации стеклопакетов»

Сообщение от Lega:
Слышь друган стекольщик, а ты вопрос то внимательно читал?
«Есть ли минимальные нормы к толщине наружнего стекла в стеклопакете (допустим 2-хкамерный) и вообще к толщинам зазоров между стеклами в пакете и т.п. в зависимости от площади окна?»
И чем тебе ГОСТ «Стеклопакеты клееные. » с приведенной методикой не нравится?
Нет я конечно мог порекомендовать просчитать пакет в каком нить программном комплексе или развернуто написать всю методику расчета, начиная со сбора нагрузок. Но вопрос именно про нормы звучал, я их и привел.
Остекляем, алюминим. Занимаюсь тем же самым. Если хочешь выпендриться давай поспорим.
P.S. Если уж о методике, то в РФ есть только один официальный документ СН 481-75 «Инструкция по проектированию, монтажу и эксплуатации стеклопакетов»

А то!
Вот когда начинают расчет именно с теплотехники тогда и вылезают стеклопакеты с размерами 3х3и стеклом 4мм, а что? по теплотехнике проходит! особливо если с Low-E.
Повторюсь, для стеклопакета важнее прочностной расчет нежели теплотехнический.
СН 481-75 не учитывает закаленное стекло и триплекс. Потому пока только программный расчет.

Сообщение от zenon:
А то!
Вот когда начинают расчет именно с теплотехники

Где в моем посте Вы увидели заявление о том, что толщина стекла определяется теплотехникой?!🙂
Там прямая ссылка на приложение Б «Стеклопакетов клееных..» Читайте внимательней и все будет хорошо.
М-да, прошу прощения за резкость.
P.S. To CADAVER: По нагрузкам смотрите вышеупомянутые «Нагрузки и воздействия» + СН 481-75.
Прикинуть стекло можно еще при помощи программок на сайте YourGlass.ru, конкретно http://www.yourglass.ru/agc-flatglas. box/index.html, раздел Calculation Programs
Да и вообще много чего хорошего там найти.

Сообщение от Lega:
Ширину камер подбирают исходя из теплотехнического расчета

не только, а во вторую очередь, сперва расчет на «схлопывание,» то бишь разницу давлений.

Как рассчитать толщину стекол в стеклопакетах

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.

0 0 vote
Article Rating
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector