|
Конструкция монтажного шва должна удовлетворять определенным требованиям, устанавливаемым исходя из природы воздействий, приходящихся на систему окно-шов-стена (рис.1).
Силовые воздействия (прежде всего, такие как ветер и эксплуатационные), вызывающие внутренние напряжения и деформации в конструкции окна, должны передаваться на более жесткую часть ограждающей оболочки здания - стену - при помощи системы крепежных средств.
Под монтажным швом понимается участок наружной оболочки здания в месте соединения окна со стеной. Он представляет собой систему изоляции и крепежных элементов, предназначенных для обеспечения защиты помещения от воздействий окружающей среды и передачи нагрузок с окна на стену.
Несиловые воздействия на монтажный шов должны быть нейтрализованы при помощи системы изоляции, запроектированной с учетом теплофизичес-кого и акустического режима в месте соединения окно-стена.
Классификация воздействий и соответствующие требования к монтажным швам приведены в табл.1.
Температурный режим в узле примыкания окна к наружной стене
Рис.1
Основные воздействия
на конструкцию окна и монтажного шва.
|
Термическое сопротивление стены в 3…4 раза больше термического сопротивления окна, которое в данном случае является так называемым "тепловым мостом", то есть участком, характеризующимся повышенными теплопотерями, обусловленными геометрией элементов, различием материалов элементов и, как правило, понижением температуры ограждающей поверхности в помещении.
Такими образом, в местах устройства световых проемов происходит ослабление общего термического сопротивления наружной оболочки здания, при этом в местах сопряжения окна со стеной формируются характерные температурные поля.
На протяженном участке наружной стены, геометрически неизменяемой, изотермы (изотерма - линия, соединяющая точки с одинаковой температурой) расположены параллельно поверхности, а тепловой поток направлен перпендикулярно изотермам изнутри помещения наружу (рис. 2). В зависимости от применяемого материала в конструкции стены изменяется ход изотерм, показывающих температуру в толще стены.
Рассмотрим подробнее узел примыкания рамы к наружной стене (рис. 26). Расчет производился по программе "ТЕМП - 1", разработанной на кафедре архитектуры МГСУ. Граничные климатические условия приняты согласно СНиП 2.01.01-82. Для Москвы они составляют: температура окружающей среды -26°С (температура наиболее холодной пятидневки); температура в помещении +20°С (МГСН 2.01.94); относительная влажность воздуха 50%.
Рис.2
Температурные поля:
а) в однослойной керамзитобетонной панели;
б) в узле привыкания окна к стене. |
По мере приближения к окну параллельные изотермы изгибаются в сторону наружной поверхности и переходят в плоскость монтажного шва и рамы. При этом не все изотермы попадают в тело ограждающей конструкции. Отметим, что изотерма 10°С прерывает свой ход, и часть откоса и коробки окна оказывается в зоне точки росы, что в свою очередь приводит к выпадению в этом месте обильного конденсата по всему периметру окна. На это одновременно влияют два негативных фактора. С одной стороны, резко падает непосредственно термическое сопротивление ограждения, с другой - появляются дополнительные потери тепла через откос, обусловленные различием геометрии стены и окна. Фактически стена в зоне монтажного шва уменьшается в толщине, сопротивление теплопередаче падает, и происходит локальное промерзание откоса (рис. 3).
Решается эта проблема двумя способами. В первом случае (рис. За) окно смещается в зону положительных температур за счет применения широкой коробки. Таким образом, сопротивление теплопередаче стены в области откоса будет достаточным для того, чтобы образование конденсата стало невозможным. Во втором случае в тело стены помещается эффективный теплоизоляционный материал с низким коэффициентом теплопроводности (экструдированный пенополистирол, ПСБ-С), который препятствует интенсивному оттоку тепла через откос оконного проема по минимально возможному пути. Достоинством варианта а) является его технологичность, за счет применения готовой оконной конструкции. В варианте 6) сохраняется традиционное расположение окна сразу за четвертью при неизменных габаритах внутренней оконной ниши.
Рис.3
Температурные поля в узле примыкания окна
к стене из однослойной керамзитобетонной панели:
а) при примыкании с широкой коробкой;
б) при дополнительном утеплении. |
Таким образом, при помощи расчета изотерм можно определить распределение температур в любом узле сопряжения и проанализировать возможные проблемы. Схемы распределения изотерм позволяют также провести оценку в случае возникновения повреждений. Важнейшей изотермой, позволяющей произвести оценку узла соединения строительных конструкций, является изотерма 10°С. Для предотвращения образования конденсата на поверхности откоса и переплета окна внутри помещения при нормативных значениях тем-пературно-влажностного режима, эта изотерма должна проходить внутри конструкции. Известно, что при температуре 20°С и относительной влажности воздуха 50%, температура точки росы составляет 9,3°С. Если воздух с температурой 20°С и влажностью 50% охлаждается до 9,3°С, то его относительная влажность увеличивается до 100%, т.е. воздух с температурой 9,3°С насыщен водой до предела. Если поверхность окна (стены) будет охлаждаться дальше, а, значит, и граничащий с ним воздух, то начнется образование конденсата на окне (стене), поскольку воздух больше не в состоянии удерживать воду.
Оптимальной плоскостью установки окна в однослойной конструкции стены из материала, удовлетворяющего современным нормам теплотехники (ячеистый пенобетон, газобетон и т.д.), является середина откоса. Такое расположение гарантирует невозможность образования конденсата, т.к. теплопотери через поверхность откоса будут минимальны (рис. 4а).
Рис.4
Ход Изотермы 10°С
(При различных плоскостях установки окна);
а) При однослойной наружной стене без четверти.
б) трехслойная стена
в)двухслойная конструкция (структурное утепление).
|
В трёхслойной изолирующей конструкции (рис. 46) окно устанавливается в зоне теплоизоляции. Высокие теплоизолирующие свойства утеплителя препятствуют теплопотерям через откос, при этом температура внутренней поверхности откоса остается выше точки росы.
В системах наружных стен с так называемым структурным утеплением фасада окно располагается непосредственно за утеплителем в плоскости несущей стены (рис. 4в).
Крепление оконных блоков в стенах.
Наибольшую сложность при решении вопроса о закреплении оконного блока представляют окна из ПВХ. Высокий коэффициент температурного расширения ПВХ в сочетании с малой общей жесткостью рамы за счет отсутствия соединения внутренних армирующих элементов обусловливают необходимость более продуманного их крепления по сравнению с окнами других систем.
Как отмечалось выше, функция системы крепления заключается в передаче усилий, воспринимаемых оконной конструкцией, на конструкцию наружной стены. При этом материал крепежа и изоляционный шов должны сохранять свои эксплуатационные свойства во всем расчетном периоде времени.
Рис.5
Cтатическая схема сил:
а) при почти закрытой створке окна;
б) при открытой створке окна на 90°.
|
Усилия деформации крепежных элементов вызваны следующими силовыми воздействиями:
- ветровой напор;
- собственный вес окна;
- эксплуатационное воздействие в режиме открывания-закрывания окна;
- температурные напряжения ПВХ-профиля.
Расчет крепежных элементов ведется на действие сил, возникающих от ветровой нагрузки и собственного веса створки, прочие нагрузки (в том числе и от движения людей в области окна). Кроме того, крепежные элементы должны быть запроектированы таким образом, чтобы воспринимать температурные напряжения ПВХ-профиля.
1. Ветровая нагрузка рассчитывается исходя из условий СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия".
2. Эксплуатационная нагрузка на крепления определяется исходя из воздействия сил при открывании-закрывании створки. Среди всех режимов открывания самым неблагоприятным, с точки зрения статической нагрузки, является поворотный режим (рис. 5). При этом на створку действует дополнительная нагрузка Р, которая равна 0.25 - 1.00 кН (условная нагрузка при опоре одного человека на раму в момент открывания-закрывания окна).
Рис.6
Правила установки прокладок;
А - несущая прокладка,
Б - дистанционная прокладка.
|
Опорная сила, не зависящая по величине и направлению от того, насколько открыто окно, рассчитывается по формуле:
F = G + Р, где G - собственный вес створки, Р - дополнительная нагрузка, принимаемая равной 50 кг.
Общее тяговое усилие, действующее на петлевой механизм окна, рассчитывается по формуле:
Z = ZG + Zp, где ZG - реакция от действия сил веса створки G, Zp - реакция от действия дополнительной нагрузки Р.
3. Если остекление начинается непосредственно от пола или в месте интенсивного движения людей, то необходимо предусмотреть возможные нагрузки, действующие на окно. Возможные нагрузки в данном случае понимаются как случайные воздействия, связанные с теснотой помещения и узостью прохода. Условно можно принять горизонтально распределенную нагрузку в пределах 0,5-1,0 кН/м;, действующую на стекло или ригель на расстоянии 1 м от поверхности пола.
Рис.7
Установка окна с применением металлической
подстановочной пластины (1) и анкеров (2).
|
4. При монтаже окон с защитными функциями необходимо учитывать нагрузки не только от собственного веса конструкции, но и от возможных воздействий, направленных на разрушение окна. К таким конструкциям, например, относятся стеклопакеты с тяжелыми ламинированными стеклами - триплексом. При установке на окно дополнительных элементов, таких, как жалюзи, ставни и рольставни, нагрузки от них должны также учитываться при проектировании крепления.
Вся совокупность нагрузок и воздействий образует силы, действующие на окно. Эти силы должны отводиться с окна, как более слабого элемента, на стену, как более жесткого элемента в системе окно-стена. Крепежные элементы, воспринимающие эти силы, должны удовлетворять требованиям прочности и жесткости.
Исходными данными на проектирование крепежных элементов являются:
- жесткость рамы (устойчивость рамного профиля к изгибу). Характеризуется моментом инерции J стального армирующего элемента;
- положение и число точек крепления;
- коэффициент теплового расширения материалов рамы;
- податливость точки крепления.
Рис.8
Формирование подкладок: а) по ширине:
а - ширина подкладки;
б - расстояние, необходимое для изоляции снаружи;
в - расстояние необходимое, для изоляции изнутри;
б) по высоте: 1 - многослойные, 2 - клиновидные.
|
Передача нагрузки
При проектировании крепления необходимо различать нагрузки, действующие в плоскости окна (собственный вес окна, вес открытой створки с дополнительной нагрузкой Р, при малых углах открывания 0°…45°, вес человека (для балконных дверей) и из плоскости окна (сила ветра, вес открытой створки с дополнительной нагрузкой Р при больших углах открывания 45°-90°, нагрузки от интенсивного движения людей в области окна), а также учитывать деформации, обусловленные термическим расширением профиля.
Для восприятия и передачи усилий сжатия, действующих в плоскости окна, применяются несущие и дистанционные подкладки.
Несущие подкладки воспринимают и передают усилие сжатия от собственного веса окна на конструкцию здания. Они ставятся по углам рамы под вертикальные элементы и под импосты для наилучшей передачи нагрузки. В подъемно-раздвижной конструкции окна и дверей кроме этого устанавливаются дополнительные подкладки для восприятия сил, образованных давлением ролика на направляющую, установленную по нижнему профилю рамы. В балконных дверях с поворотной фурнитурой несущие подкладки необходимо так же расположить в середине нижнего профиля для восприятия сил, образованных весом одного человека при опоре ногой на профиль рамы.
Передача нагрузки от собственного веса с помощью несущих подкладок возможна только в конструкциях стен, где профиль рамы непосредственно прилегает к несущей части стены (однослойная, двухслойная системы). В многослойных системах, в частности, в трехслойной конструкции, где окно находится в зоне утеплителя, нагрузка должна передаваться посредством металлических консолей (подставочная пластина), имеющих достаточную прочность на изгиб (рис. 7). Анкера, закрепляющие пластину, должны рассчитываться на действие выдергивающих сил, равных полному весу окна.
Для восприятия сил, образованных под воздействием веса открытой створки и дополнительной нагрузки Р при малых углах открывания, применяются так называемые дистанционные подкладки. Подкладки работают на сжатие и устанавливаются в зависимости от направления реакций сил. При этом они не должны располагаться в одном уровне по горизонтали, если в этой же плоскости находится горизонтальный элемент рамы, т.к. такая постановка будет препятствовать тепловому расширению рамы окна (рис. 6).
Рис.9
Расстояния между элементами крепления для окон из ПВХ
|
Рис.10
Закрепление окна из ПВХ (1) при помощи рамного дюбеля (2):
а - невелировочная глубина, b - глубина анкеровки,
c - ширина шва, d - глубина отверстия,
e - полезная длина дюбеля, f - температурный зазор.
|
Рис.11
Статическая схема работы дюбеля.
|
Рис.12
Устройство примыкания дюбеля к профилю рамы:
а) скрытое; б) открытое: 1 - профиль рама;
2 - рамный дюбель; 3 - декоративный колпачок.
|
Рис.13
Нижний узел примыкания окна из ПВХ к наружной стене:
1 - алюминевый отлив; 2 - герметезирующая лента для
наружной гидроизоляции; 3 - крепление шурупами;
4 - дополинтельный держатель при ширине отлива > 150 мм;
5 - аэрозольный герметик; монтажная пена;
7 - монтажная пластина; 8 - анкеры.
|
Рис.14
Установка монтажной пластины в различных положениях:
1 - монтажная пластина; 2 - ось повората;
3 - оконная рама.
|
Рис.15
Рис.15 Закрепление окна из ПВХ (1), при помощи
монтажной пластины: 1 рамный профиль;
2 - эффективный утеплитель;
3 - оконный самонарезывающий шуруп;
4 - монтажная пластина;
5 - анкерное крепление;
6 - насечки (места сгиба).
|
Рис.16
Статическая схема передачи расчетных
усилий на стену здания.
|
Причем в балконной двери расположение подкладок в одном уровне возможно за счет отсутствия ригеля рамы и оправдано повышением жесткости конструкции.
Габариты подкладок определяются таким образом, чтобы в дальнейшем выполнить мероприятия по изоляции шва. Плоскость изоляции при этом не должна прерываться по всему периметру оконного примыкания. Материал для изготовления подкладок должен обеспечивать стабильную форму, которая не будет меняться в процессе эксплуатации, и обладать незначительной теплопроводностью. Обычно применяется антисепти-рованная древесина в воздушно-сухом состоянии, реже ПВХ.
Примеры технологии устройства подкладок приведены на рисунке 8. При этом хотелось бы отметить, что клиновидное формирование технологичней и надежней, чем многослойное за счет более плотной подгонки.
Для передачи усилий, образованных от силовых воздействий, направленных из плоскости окна, применяются крепежные средства, такие как рамный дюбель, монтажная пластина, строительный шуруп.
Окно из ПВХ крепится по периметру (рис. 9) через определенные расстояния, которые, прежде всего, определяются жесткостью рамы, а также оптимальностью статических характеристик самого крепежного элемента.
Критериями выбора крепежных средств являются:
- конструкция стены;
- технология отделки откосов;
- материал рамы;
- воспринимаемая нагрузка.
Рамный дюбель
Область применения рамного дюбеля - примыкание оконной конструкции
непосредственно к несущей части стены (рис. 10) по бокам и вверху
проема. Если его используют в нижней горизонтальной части рамы,
необходимо произвести мероприятия по герметизации отверстий в рамном
профиле за счет уплотнения герметиком, ПВХ-клеем, т.к. в противном
случае возможно попадание влаги внутрь профиля и далее - в конструкцию
стены.
При минимальных расстояниях между рамой и стеной дюбель преимущественно работает на срез, а при максимальных - на изгиб (рис. 11). Причем чем больше толщина монтажного шва, тем меньше несущая способность дюбеля в конструкции. Поэтому применение рамного дюбеля, мощного крепежного средства как такового, оптимально при малой толщине монтажного шва.
При работе дюбеля, он не должен воспринимать выдергивающих усилий, которые могут возникнуть при термических деформациях профиля рамы. Поэтому при монтаже окна не допускается излишняя затяжка дюбелей, особенно в летний период года. В противном случае при охлаждении ПВХ-профиля зимой произойдет разуплотнение оконной конструкции за счет удерживания рамы дюбелями. Чтобы этого не происходило и чтобы профиль рамы имел возможность свободно перемещаться в плоскости окна, рекомендуется оставлять зазор f = 3-5 мм между головкой дюбеля и поверхностью армирующего элемента рамы. Особенно это актуально при монтаже окон большой ширины.
Изгиб можно считать расчетной схемой работы дюбеля
(в стесненных условиях). Сила F - расчетная сила, собранная с грузовой
площади окна на рабочем участке дюбеля. Изгибающий момент рассчитывается
по формуле:
М = Ррасч.* (e+d), где F - расчетная нагрузка, е - расстояние отточки приложения нагрузки до края стены, d - диаметр дюбеля.
Дюбель предназначен для работы в бетоне; кладке из кирпича полнотелого керамического, силикатного, а также из пустотного при условии анкеровки в растворные швы, пеноблок, газобетон, естественный камень.
Номенклатура рамных дюбелей ограничивается дюбелями с диаметрами 8 и 10 мм. При определенных условиях несущей способности, как правило, хватает для остекления типовых оконных проемов (рис. 9). Конструкция ленточного остекления и ее крепление требуют проведения статического расчета, поскольку геометрические размеры этого остекления отличаются от геометрических размеров обычно используемых конструкций. Это относится к элементам, площадь которых более, либо равна 9 м и наименьшая длина боковой стороны более, либо равна 2 м.
По виду материала оболочки дюбеля подразделяются на металлические
и пластмассовые. Основное отличие - в глубине анкеровки, которая
для металлического дюбеля составляет 30 мм независимо от диаметра,
а для пластмассового: 40 мм - 08 мм, 50 мм - 010 мм.
По способу примыкания головки дюбеля к профилю рамы различают скрытое и открытое примыкание, в зависимости от формы армирующего элемента (рис.12).
При скрытом примыкании выдерживается температурный зазор между головкой и арматурой. Высверленное отверстие в стенке профиля после установки окна закрывается специальным колпачком на клею, который практически не выступает над поверхностью и создает эстетичный вид смонтированного окна. При открытом примыкании нужна более точная установка дюбеля без существенных перекосов с выдержанным температурным зазором. На головку дюбеля также монтируется колпачок.
Допустимые нагрузки на дюбель даны в технической документации производителя. Кроме этого, необходимо придерживаться рекомендованных изготовителем расстояний от края и между осями дюбелей с учетом строительного материала, т.к. в процессе крепления дюбеля в зоне анкеровки образуется сложное напряженно-деформированное состояние.
Монтажная пластина
Область применения монтажных пластин (в ряде источников поворотный анкер) - трехслойные системы наружных стен, примыкание внизу окна. Применение в данном случае других крепежных средств, таких как дюбель, менее предпочтительно из-за опасности проникновения дождевой воды через монтажные отверстия внутрь профиля рамы и далее - в монтажный шов (рис. 13).
Одно из условий применения монтажных пластин - дальнейшая отделка откосов оконного проема оштукатуриванием или облицовкой "сухим" способом. Хотя, в отличие от дюбелей, пластины более технологичны в монтаже за счет особенностей своего строения. Они могут свободно поворачиваться вокруг оси, образованной в месте присоединения к профилю, что дает больше свободы в выборе места крепления (рис.14) (особенно актуально в кладке из пустотелого кирпича, где крепление по возможности производится в растворный шов).
Монтажная пластина изготавливается из стали методом штамповки с дальнейшим нанесением антикоррозионного цинкового покрытия. Она имеет несколько круглых отверстий (одно продолговатое) для крепления к строительной конструкции в нужном положении, а также две направляющие насечки в определенных местах, по которым осуществляется предмонтажный изгиб монтажного шва на нужную толщину.
Крепеж монтажной пластины к стене осуществляется посредством двух анкеров, в качестве которых могут применяться шурупы с пластмассовыми дюбелями либо строительные шурупы-саморезы. Пластина является профилеобразующим элементом, в месте присоединения к профилю рамы она имеет так называемые "лапки" с зубчатой поверхностью, которыми вставляется в специальные выступающие профильные части, где прочно фиксируется. Дополнительно крепится при помощи самонарезающего оконного шурупа (рис.15, поз.З).
Монтажная пластина воспринимает усилия, направленные перпендикулярно плоскости окна, при этом она не воспринимает усилия в плоскости окна, позволяя раме совершать перемещения, обусловленные температурными деформациями.
Критериями несущей способности пластины являются жесткость крепления на профиле рамы и жесткость (J) при изгибе в заданном месте (рис. 16). Причем она способна выдерживать достаточно большие нагрузки при различной толщине монтажного шва.
Продолжение темы во второй части статьи.
|
