Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. История развития конструкции стеклопакета 9
1.2. Обоснование задач исследования 16
1.2.1. Инженерная задача расчета климатической нагрузки 17
1.2.2. Архитектурная задача расчета климатической нагрузки 18
1.3. Рассмотренные физико-математические модели работы стеклопакета под климатической нагрузкой 22
1.4. Рассмотренные методики определения климатической нагрузки 52
1.5. Выводы по главе 1 59
Глава 2. Методика расчета прогибов стекол в составе стеклопакета под климатической нагрузкой 60
2.1. Физико-математическая модель работы стеклопакета под климатической нагрузкой 60
2.2. Зависимости и формулы, необходимые для расчета 66
2.3. Исходные данные и сочетания нагрузок для вычисления климатической нагрузки в г. Москве 80
2.3.1. Климатические колебания атмосферного давления 81
2.3.2. Изменение давления с изменением абсолютной высоты 83
2.3.3. Изменение температуры окружающей среды 85
2.3.4. Снижение парциального давления внутри стеклопакета 89
2.3.5. Сочетания нагрузок: «зимний период» 92
2.3.6. Сочетания нагрузок: «летний период» 94
2.4. Выводы по главе 2 97
Глава 3. Экспериментальные исследования стекол и стеклопакетов под односторонней и климатической нагрузкой 99
3.1. Постановка экспериментов 99
3.1.1. Эксперимент №1. Работа под односторонней нагрузкой одинарного стекла 100
3.1.2. Эксперимент №2. Работа под односторонней нагрузкой однокамерного стеклопакета 105
3.1.3. Эксперимент №3. Работа под односторонней нагрузкой разгерметизированного однокамерного стеклопакета 113
3.1.4. Эксперимент №4. Работа под климатической нагрузкой однокамерного стеклопакета 119
3.2. Анализ результатов экспериментов 124
3.3. Выводы по главе 3 126
Глава 4. Исследование конструктивных параметров стеклопакетов для снижения прогибов стекол от климатической нагрузки 127
4.1. Теоретические предпосылки влияния различных параметров стеклопакета на его работу под климатической нагрузкой 127
4.2. Исследование конструктивных параметров стеклопакета, влияющих на прогибы стекол от климатической нагрузки 130
4.2.1. Исследование стеклопакетов различной площади 130
4.2.2. Исследование жесткости закрепления стекол пакетов 133
4.2.3. Исследование различных соотношений длин сторон 136
4.2.4. Исследование межстеколыюго расстояния 139
4.2.5. Исследование толщин стекол пакетов 143
4.3. Рекомендации по проектированию стеклопакетов на действие климатической нагрузки 148
4.4. Рекомендации о внесении дополнений в нормативные документы 152
4.5. Выводы по главе 4 154
5. Общие выводы и результаты работы 156
6. Список использованной литературы 158
- Рассмотренные физико-математические модели работы стеклопакета под климатической нагрузкой
- Изменение температуры окружающей среды
- Эксперимент №4. Работа под климатической нагрузкой однокамерного стеклопакета
- Рекомендации по проектированию стеклопакетов на действие климатической нагрузки
Введение к работе
Введение
Возрастающая тенденция к массовому использованию пакетного остекления в современном строительстве заставляет обратить внимание на особенности формирования напряженно-деформированного состояния в ограждающих конструкциях наружной оболочки, изучить различные составляющие климатической нагрузки и выбрать принципы проектирования светопрозрачных конструкций (далее - спк) с учетом сохранения архитектурного облика зданий.
Актуальность работы
В подавляющем большинстве светопрозрачных фасадов современных зданий в качестве заполнения используются стеклопакеты. В отличие от ранее применявшихся спк, в стеклопакетах возникает специфическая нагрузка. В европейской строительной практике данная нагрузка получила название «климатической» или, согласно терминологии стандарта EN 13474, «внутренней нагрузки». Климатическая нагрузка возникает из-за герметичности конструкции стеклопакета. После герметизации стеклопакет становится подверженным изменению температуры: при нагреве/охлаждении внутренний воздух расширяется/сжимается, внутри возникает избыточное или недостаточное давление, деформирующее стекла. Также разница давлений внутри и снаружи стеклопакета возникает при изменении атмосферного давления.
На протяжении всего срока эксплуатации с момента его герметизации стеклопакет находится в напряженно-деформированном состоянии, создаваемом климатической нагрузкой. Цикличность и знакопеременность климатической нагрузки является основным фактором, определяющим максимальный срок эксплуатации стеклопакета в 25 - 30 лет. Практически действие климатической нагрузки можно визуально наблюдать как оптические искажения на фасадной плоскости остекления из-за деформации стекол стеклопакетов. Данный эффект в ряде случаев полностью разрушает эстетический и художественный замысел архитектора. Деформации стекол стеклопакетов от климатической нагрузки в сочетании с ветровой могут превышать максимально допустимые, что может привести к разгерметизации и даже разрушению стеклопакета. При проектировании структурного остекления данный фактор является важнейшим с точки зрения безопасности.
В европейской практике проектирования стеклопакетов климатической нагрузке уделяется серьезное внимание в нормативной документации, где расчетным является сочетание ветровой и климатической нагрузок. Но в расчете не учитываются деформации стекол и оптические искажения фасадов зданий. В нашей стране в силу специфики данной нагрузки, не характерной для иных спк, климатическая нагрузка не учитывается при проектировании стеклопакетов, информация о ней отсутствует в нормативной документации.
Цели и задачи работы
Целью работы является:
Совершенствование методов расчета конструкций стеклопакетов на основе разработки методики расчета прогибов стекол стеклопакета под климатической нагрузкой, что позволяет дать рекомендации для снижения прогибов стекол, увеличения срока эксплуатации стеклопакета и улучшения архитектурного облика зданий.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
Изучить существующие методики расчета стекол стеклопакета под климатической нагрузкой.
Разработать методику расчета прогибов стекол стеклопакета под климатической нагрузкой (физическую и математическую модели).
Сформулировать и обосновать группу исходных данных, способ их определения и сочетания для расчета максимальных климатических нагрузок.
Провести экспериментальные исследования работы стеклопакета под климатической нагрузкой.
Разработать компьютерную программу по расчету прогибов стекол однокамерного стеклопакета под климатической нагрузкой.
Научная новизна работы
В физической модели стеклопакета как герметичной газовой камеры
предлагается разделить конструкции на два типа:
- в первом типе конструкций стенки имеют большую жесткость, и
внутреннее давление воспринимается за счет работы стенок с
минимальными деформациями, внутреннее давление сохраняется;
- во втором типе конструкций стенки имеют малую жесткость, внутреннее
давление деформирует стенки, что изменяет внутренний объем и
компенсирует данное внутреннее давление;
При постановке физической задачи учтено, что при малых прогибах стекла работают на изгиб, а с увеличением прогибов начинают работать как пространственная оболочка - на изгиб со сжатием-растяжением.
В исходных данных для расчета климатической нагрузки обоснована расчетная температура для эксплуатационных условий остекленного неотапливаемого здании (взамен эксплуатационных условий отапливаемого здания).
Практическая значимость работы:
Разработана компьютерная программа по расчету прогибов стекол однокамерного стеклопакета под действием климатической нагрузки, основанная на разработанной методике.
Разработаны рекомендации по оптимизации пяти конструктивных параметров стеклопакета (площадь, соотношение длин сторон, толщина стекол, величина межстекольного расстояния, жесткость герметика),
позволяющие снизить прогибы стекол в 1,5 - 7 раз, что позволит увеличить срок службы стеклопакета и улучшит архитектурный облик зданий.
На защиту выносится:
Физическая модель стеклопакета под действием климатической нагрузки.
Способ подготовки исходных данных и их сочетаний для расчета максимальных климатических нагрузок.
Результаты экспериментальных и теоретических исследований.
Рекомендации по оптимизации конструкции стеклопакета.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
-
Тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство формирование среды жизнедеятельности», Москва (2010 г.).
-
Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (2011 г.).
-
НТС каф. «Архитектура гражданских и промышленных зданий» ФГБОУ ВПО «МГСУ» (2012 г.).
-
НТС каф. «Проектирование зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «МГСУ» (2012 г.).
-
НТС НИЛ «Обследование зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «МГСУ» (2012 г.).
-
НТС «Кирпичных, блочных и панельных зданий» ОАО «НИЦ «Строительство» (2012 г.).
-
НТС «Строительных конструкций зданий» ОАО «ЦНИИПромзданий» (2013 г.).
Результаты работы были внедрены в производственный процесс ООО «БАУ-инжиниринг групп», где были применены практические рекомендации по проектированию стеклопакетов, позволяющие снизить прогибы стекол стеклопакета. А также в учебный процесс ФГБОУ ВПО «МГСУ», и используются студентами на практических занятиях при курсовом и дипломном проектировании.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по диссертации, библиографического списка использованной литературы. Работа имеет общий объём 166 страницы машинописного текста, содержит 41 таблицу, 50 рисунков, библиографический список использованной литературы из 102 наименований.
Рассмотренные физико-математические модели работы стеклопакета под климатической нагрузкой
Зарубежные исследования
В обзоре изученной зарубежной литературы в основном рассматриваются современные европейские источники, т.к. европейские исследования в данной сфере начались ранее прочих (в 50х - 60х годах) - с началом борьбы за энергоэффективность в Европе.
К сожалению, данные исследования сегодня являются труднодоступными, т.к. отсутствуют в электронном виде. В качестве результата этих исследований анализу подвергаются действующие нормативные документы и исследования.
В работе нидерландских исследователей Е.М.Р. Huveners, F. van Herwijnen, F.Soetens и H.Hofmeyer «Load Sharing in Insulated Double Glass Units» рассматривается проблема распределения точечной внецентренно приложенной внешней нагрузки в стеклопакете [22]. Целью работы является более углубленное изучение работы стеклопакета под нагрузкой, работу внутренней воздушной прослойки. В ходе испытаний были рассмотрены квадратные свободно опертые стеклопакеты. Проведены эксперименты по внецентренному нагружению стеклопакета. Получены аналитическое и численное решение (для визуализации результатов и объяснения результатов экспериментов).
В данной работе использовалась линейная теория сопромата. Не были учтены мембранный эффект и краевой эффект в работе стеклянных пластин. Результаты данной работы:
1. Отмечается, что неисследованные мембранный и краевой эффекты делают пластину жестче, увеличивают внутренние напряжения;
2. Результаты сравнения расчетного метода и экспериментальных исследованиях показали качественную сходимость результатов;
3. Не учтено влияние краевого герметика, однако отмечается весьма важное значение данного фактора;
4. Данная работа позиционируется как базовая для дальнейших исследований.
В EN 13474-1 климатическая нагрузка как разница давлений выражается изохорным внутренним давлением, т.е. давлением, возникающим при изменении давления и температуры газа, но при неизменном объеме. Иными словами изохорное внутреннее давление можно назвать максимальным потенциальным давлением, значение которого достигается только при полном отсутствии деформаций стекол. Согласно приведенной в нормах таблице стандартных данных для расчета, суммарное изохорное давление внутри пакета составляет до +20,4 кН/ м и -23,4 кН/ м". Однако оно может достигать и больших значений, например, при отсутствии стандартных условий, для которых рекомендована данная таблица.
Очевидно, что подобного огромного давления в стеклопакете быть не может, т.к. оговаривается, что внутренний объем стеклопакета не постоянен (см. рис. 1.8).
В качестве основного принципа работы стеклопакета под климатической нагрузкой приводится краткая, но принципиальная информация: климатическая нагрузка как внутреннее изохорное давление в стеклопакете снижается за счет гибкости стекол и частично за счет деформативности герметика. Даже небольшой прогиб стекол изменяет объем и в значительной мере снижает внутреннее давление. Стекла прогибаются до достижения баланса внешних и внутренних давлений, но редко более чем на несколько миллиметров. Данные прогибы стекол вызывают внутренние напряжения в стекле и должны учитываться при проектировании стеклопакетов.
Также отмечается, что стеклопакет обладает свойством распределения односторонней нагрузки между стеклами. Такой эффект возникает в связи с неизменным количеством загерметизированного газа внутри, который распределяет между стеклами внешнюю нагрузку, действующую только одно стекло.
Существующая европейская практика нормотворчества предусматривает максимальную свободу для производителей и проектировщиков спк, оговаривая только основные принципы действия нагрузок, необходимые для базового расчета. В EN 13474-1 дана формулировка внутренних нагрузок, описан их состав, принцип действия, приблизительные значения и исходные данные, необходимые для расчета. Очевидно, что для полноценного проектирования необходимы более полные данные, что подразумевает свободу дальнейших исследований в коммерческих целях.
Интерес представляет собой EN 13474-3 «Определение прочности стеклянных пластин».
Согласно данному документу, расчет стекла должен производиться исходя из максимально допустимых внутренних напряжений. Наиболее критичными являются растягивающие напряжения и напряжения при изгибе в стекле.
В EN отмечается, что расчет прогибов пластин под нагрузкой не регламентируется, но ограничения по прогибу может быть оговорено иными стандартами. Однако необходимо быть уверенным, что стекло не прогибается под нагрузкой настолько, что это негативно воспринимается пользователями здания. Для этого необходимо ограничить прогиб максимальными 50 мм или соотношением прогиба к пролету f/І = 1/65. Если же существуют ограничения по прогибу стекол, при расчетах необходимо руководствоваться обоими ограничениями, как по максимальным напряжениям, так и по деформациям (I и II пред. сост.).
Раздел расчета стекол в составе стеклопакета начинается с предупреждения о необходимости учета в расчете влияние постоянного количества загерметизированного газа внутри стеклопакета. Отмечается следующие особенности данного влияния:
Односторонняя нагрузка, приложенная к одному из стекол, посредством внутреннего давления газа распространяет свое действие и на остальные стекла. Этот феномен называется распределением односторонней нагрузки в стеклопакете;
В дополнении D к EN 13474-3 авторами документа приводится базовый расчет давления на стекло, появляющегося в результате действия климатической нагрузки. Значение этого давления на стекло отлично от климатической нагрузки (изохорного внутреннего давления в стеклопакете), т.к. частично оно компенсируется изменением внутреннего объема стеклопакета.
Данный расчетный метод инженерный, и им предлагается воспользоваться при неимении более точного. Также в нем рассматриваются только однокамерные стеклопакеты прямоугольной формы.
Нагрузка на одно стекло определяется как равномерно распределенное давление по формуле q = ф р0, где р0 - это изохорное давление внутренней нагрузки, а ф - это т.н. «коэффициент стеклопакета». Нагрузка на второе стекло пакета определяется соответственно как q = -ф ро- Коэффициент стеклопакета ф показывает степень снижения за счет гибкости стекол непосредственного давления на стекло относительно климатической нагрузки (внутреннего изохорного давления) и учитывает геометрические размеры стеклопакета, толщины стекол и расстояние между ними.
Изменение температуры окружающей среды
Аналогично изменению атмосферного давления, изменение температуры также влияет на состояние газовой прослойки стеклопакета. Положим, в момент герметизации, температура газа равнялась температуре воздуха на производстве, т.е. +20 С. Последующее хранение, транспортировка и эксплуатация стеклопакета связана с изменением температуры окружающей среды, влекущей за собой изменение температуры внутри стеклопакета. Т.к. при нагревании газ расширяется, а при уменьшении температуры наблюдается обратное действие, то изменение температуры окружающей среды также ведет к образованию климатической нагрузки. При нагревании стеклопакета его объем увеличивается, стеклопакет выгибается наружу с обеих сторон. При охлаждении - наоборот, вгибается внутрь.
Эксплуатационные условия не являются критическими. При транспортировке стеклопакетов, а также монтаже, особенно в строящихся неотапливаемых зданиях, стеклопакет оказывается в более жестких условиях. Так, не рекомендуется осуществлять монтаж стеклопакетов при температуре ниже -15 С. Однако при строительстве новых зданий обычно невозможно избежать стадии остекления дома до включения в нем системы отопления. Проходит некоторый период времени, при котором стеклопакет находится в экстремальных для себя температурных условиях, на которые он не рассчитан. Стеклопакет может находиться в аналогичных летних условиях.
Для обоснования выбора расчетной температуры (см табл. 14) воздушной камеры, необходимо знать тепловую инерцию стеклопакета.
Как видно, тепловая инерция стеклопакета не зависит от толщины воздушной прослойки. Изменение толщины стекол также оказывает незначительное влияние. Учитывая, что стеклопакет имеет весьма малую тепловую инерцию, за расчетную температуру воздуха (и воздушной прослойки) примем абсолютно минимальную и максимальную температуры.
В летний период эксплуатации, согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», абсолютная максимальная температура воздуха в Москве составляет +37 С. Однако известно, что в замкнутой герметично камере стеклопакета газ может нагреваться значительно сильнее. Натурные исследования, проведенные на крайнем юге, показывают, что в г. Бухаре максимальная температура межстекольного пространства окна без солнцезащиты может достигать +59 С (см. рис. 2.12), при абсолютно максимальной температуре +46 С [11]. Предположим, что в г. Москве температура воздуха в межстекольном пространстве может составлять около +47 С. Также в составе стеклопакета может быть применено тонированного в массе стекло с малым значением солнечного фактора и малым коэффициентом светоотражения. В таком случае наружное стекло и внутренний воздух в стеклопакете может нагреваться до большей температуры. Данный вопрос нуждается в дополнительных исследованиях. За расчетную температуру в летний период для г. Москвы примем +50 С.
В зимний период, согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», абсолютная минимальная температура для г. Москвы составляет -42 С, которую следует принять за расчетную температуру газовой прослойки.
Максимальный абсолютный перепад температур составляет около 62 С в зимний период и 30 С в летний. Логично предположить, что от температурных колебаний стеклопакет будет более деформирован и подвержен риску разрушения от действия климатической нагрузки в зимний период.
Эксперимент №4. Работа под климатической нагрузкой однокамерного стеклопакета
Цель эксперимента:
1. Исследование стеклопакета под климатической нагрузкой; Объект исследования:
Однокамерный стеклопакет с конструктивной формулой 4М1-24-4М1 с нарушенным контуром герметизации.
Постановка эксперимента:
Условия проведения эксперимента аналогичны опыту №3.
Симуляция климатической нагрузки заключается в создании двусторонней нагрузки на стекла. Такую нагрузку можно создать либо нагружая оба стекла одновременно с разных сторон снаружи, либо одновременно же изнутри. Реализовать двунаправленную равномерно распределенную нагрузку на оба стекла снаружи требует много более сложных условий проведения эксперимента и оборудования. Ранее равномерно распределенное нагружение создавалось массой грузов, укладываемых на горизонтально расположенный стеклопакет. Создать таким образом двунаправленную нагрузку не представляется возможным. Поэтому была принято решение о симуляции климатической нагрузки путем создания повышенного внутреннего давления в воздушной камере стеклопакета. Т.е. создание двунаправленной нагрузки в виде давления газа на оба стекла изнутри стеклопакета. Такое давление создавалось путем нагнетания внутрь пакета избыточного количества воздуха через воздушный клапан посредством ручной помпы.
Контроль внутреннего давления осуществлялся с помощью цифрового тягонапорометра-микроманометра «Зонд-10». Максимально допустимое для измерения давление такого микроманометра составляет 2 кПа, что эквивалентно 200 кг/м равномерно распределенного веса. Манометр сообщался с внутренней камерой стеклопакета путем подсоединия к металлической трубке, герметично вмонтированной в один из торцевых сторон пакета.
Прогибы стекол замерялись электронными измерительными датчиками прогибов линейного типа ДПЛ-10 и ДПЛ-20, считывание данных с которых проводилось в автоматическом режиме регистрирующим комплексом «Терем 4.1».
Ход эксперимента:
В ходе эксперимента на нагнетание воздуха внутрь стеклопакета воздушной ручной помпой тратилось сравнительно много времени ввиду малого рабочего объема помпы. А также в силу недостаточной точности контроля стравливания избыточного внутреннего давления клапаном вентильного типа не удалось в полной мере достичь ступенчатого возрастания давления, аналогично ранее проведенным экспериментам. Максимальный пик нагнетаемого давления составлял порядка 1,7 кПа. Далее было произведено максимально быстрое стравливание избыточного давления без фазы обратного шагового снижения давления.
Замер внутреннего давления осуществлялся вручную по экрану электронного манометра с каждым шагом увеличения давления. При превышении нагнетания давления запланированного уровня, происходило стравливание лишнего объема газа.
Время проведения эксперимента составило около 30 минут.
Свойства газа предполагают равномерно распределенное давление по всей внутренней поверхности заключения газа. Так созданием внутреннего избыточного давления можно обеспечить абсолютно идеальные условия для моделирования равномерно распределенной нагрузки.
Результаты:
Поскольку внутри пакета было создано достаточно большое давление в 1,7 кПа (170 кг/м), зарегистрированные прогибы стекол также достигли значительных величин порядка 6 мм. В реальном стеклопакете, где толщина воздушной прослойки составляет обычно около 12 мм, такие прогибы могли бы спровоцировать схлопывание стекол и/или разрушение стеклопакета.
Прогибы 6 мм не только сопоставимы, но и превышают толщину стекла, которая составляет 4 мм. Поэтому при таких нагрузках уже достаточно ярко проявляется нелинейность в зависимости прогибов от нагрузки. Т.е. такие пластинки можно считать гибкими и их некорректно рассчитывать по линейной теории упругости материала. Как видно из правого графика (рис. 3.13), нелинейность в данном случае начинает проявляться после нагрузки в 0,5 - 1 кПа.
Разница в прогибах стекол, очевидно, также возникает из-за способа соединения стекол между собой. Так нижнее стекло проявляет свойства нелинейности раньше, у нижней границы, при менее чем 0,5 кПа внутреннего давления. Верхнее стекло, видимо, в силу податливости контура, нелинейность проявил под большей нагрузкой, порядка 1 кПа.
Как видно из рисунка 3.13, стравливание воздуха произошло весьма быстро. Вследствие скорости изменения нагружения, стеклопакет никаких разрушений не получил.
Сравним данные полученные экспериментально и теоретически (см. рис. 3.14). Заметим, что кривая экспериментальной зависимости прогибов от нагрузки укладывается в теоретические рамки. Экспериментальная кривая лежит между кривой шарнирного и жесткого закреплений гибких пластин близко к промежуточному значению. Попробуем ввести некий коэффициент в теоретические расчеты, компенсирующий множество неучтенных условий (работу герметика, осевой поворот рамки спейсера), чтобы получить кривую приблизительного расчета (см. 3.14 рис. справа).
Данная кривая имеет хорошую сходимость с экспериментальными результатами в области нагрузки на стекло до, приблизительно, 1 кПа. При нагрузках свыше 1 кПа, погрешности в расчетах будут значительно возрастать даже с учетом использования для расчетов стекла теории гибких пластин. Тем не менее, график работы стекол укладываются в теоретически допустимые рамки. Для расчета прогибов стекол можно пользоваться теорией гибких пластин с условиями закрепления промежуточными между жестким и гибким. Для получения промежуточной расчетной кривой введем коэффициент, варьирующий результаты между абсолютно жестким и шарнирным закреплениями.
Т.к. в различных конструкциях стеклопакетов могут отличаться материалы герметиков, рамок-спейсеров и т.д., определить конкретный промежуточный расчетный коэффициент представляется возможным по результатам испытаний данного стеклопакета. После чего с полученным коэффициентом закрепления стекол возможно спрогнозировать прогибы стекол реального стеклопакета на теоретической основе с необходимой точностью.
Рекомендации по проектированию стеклопакетов на действие климатической нагрузки
При комплексной оптимизации рассмотренных в разеделе 4.2 конструктивных параметров стеклопакета можно значительно снизить относительные деформации и внутренние напряжения стекол. Проведем сравнение неоптимизированного стеклопакета, среднестатистического, применяемого в жилищном строительстве, и оптимизированного согласно проведенным исследованиям.
Под неоптимизированным стеклопакетом можно принять стеклопакет малых габаритных размеров, используемый на первом этаже общественного здания. Внутреннее стекло такого пакета обычно выполняется из триплекса или закаленного стекла повышенной толщины, что связано с мерами безопасности такого остекления. Наружное применяется стекло толщиной (4-6 мм) с высокоотражающим покрытием или окрашенное в массе, что субъективно делает деформации стекла более заметными. Также нередко в целях безопасности наружное стекло применяется утолщенное - ударо и взломостойкое. Межстеколыюе расстояние может составлять 24 мм, т.к. увеличение толщины воздушной прослойки позитивно сказывается на теплоизоляционных свойствах стеклопакета. Применение жесткого герметика маловероятно, т.к. большинство производителей уже отказались от использования таких герметиков и применяют более мягкие. Неудачная форма стеклопакета - сильно вытянутая прямоугольная, с разницей длин сторон отличающихся в 4 раза. Такие стеклопакеты могут устанавливаться в вертикальные элементы разбивки остекления, используемые для проветривания. Примем следующие параметры «неудачно» спроектированного с точки зрения восприятия климатической нагрузки стеклопакета (табл. 18, 19).
Обычный стеклопакет, наиболее широко использующийся в остеклении жилых домов, имеет прямоугольную форму, габариты которой соответствуют стандартным оконным проемам. Толщина обоих стекол обычно составляет 4 мм. Стекло применяется сырое. Межстекольное расстояние примем 12 мм. Жесткость герметизации малая (использованы мягкие герметики). Примем следующие параметры для среднестатистического с точки зрения восприятия климатической нагрузки стеклопакета (табл. 20, 21).
Оптимизированный стеклопакет должен иметь большую площадь, без разбивки рамы на мелкие элементы. Внешнее стекло более толстое, нежели внутреннее (8 и 4 мм соответственно). Межстекольное расстояние снижено до возможного минимума (8 мм). Жесткость соединения стекол также должна быть минимальна. Примем следующие параметры для оптимизированного с точки зрения восприятия климатической нагрузки стеклопакета (табл 22, 23).
Внешнее, более тонкое стекло неудачно спроектированного стеклопакета оказалось сильно прогнуто - относительные деформации менее 1/50. Отказ от использования толстого внутреннего стекла, некоторое увеличение площади остекления совместно с выравниванием соотношения длин сторон позволило значительно снизить относительные деформации. Для среднего оконного стеклопакета относительные деформации обоих стекол составили около 1/200. Оптимизация размеров стеклопакета, межстеколыюго расстояния и толщин стекол позволило снизить относительные деформации до уровня 1/300.
Относительные деформации стекол оптимизированного с точки зрения работы под климатической нагрузкой стеклопакета относительно среднего снижены, примерно, в 1,5 раза. Разница относительных деформаций между средним оконным стеклопакетом и неудачно спроектированным стеклопакетом составляет около 4,7 раз. Различия деформаций между неудачно спроектированным с точки зрения работы под климатической нагрузкой и оптимизированным стеклопакетом составляют около 7 крат.
Также оптимизированная конструкция стеклопакета позволяет дополнительно снизить уровень внутренних напряжений в стеклах.
Выводы: 1. Оптимизацией рассмотренных в разделе 4.2 конструктивных параметров можно значительно (с 0,0212 до 0,0031) снизить относительные деформации наружных стекол стеклопакетов.
