ПВХ-профили получают методом экструзии - непрерывного выдавливания размягченного материала через отверстие определенного сечения, определяемого типом фильеры (детали машины для формования химических волокон в виде колпачка или пластины) при температуре 80-120 °С.
Экструдер состоит из привода с двигателем и редуктором, а также цилиндра с находящимися внутри него шнеками и входной воронкой. Загружаемый через входную воронку материал перемешивается в зоне разогрева цилиндра при помощи двух шнеков до гомогенного расплава, который поступает на фильеру.
Расплавленная экструдируемая масса приобретает необходимую форму и размеры в фильере и вакуумном калибре, в котором происходит первоначальное охлаждение профиля.
На следующей стадии профиль поступает на участок вторичного охлаждения, где на него подается холодная вода. Далее расположен узел, который равномерно вытягивает профиль из участка охлаждения и подает его на участок маркировки, где также наклеивается защитная пленка. В конце линии установлена пила, отрезающая профиль необходимого размера, после чего он упаковывается в палеты.
При экструзии необходимо строго выдерживать режимы разогрева смеси и охлаждения профшя. Поскольку ПВХ-профиль имеет сложную пространственную структуру (см. раздел 2.2.2 и 2.2.3) с горизонтальными и вертикальными стенками различной толщины, неравномерный температурный режим приводит к искривлению профиля уже непосредственно на стадии экструзии.
Крупные производители ПВХ-профилей осуществляют выходной контроль геометрических размеров и массы погонного метра через каждый час. Профиль, имеющий отклонения выше допустимых технологическим регламентом, отправляется на вторичную переработку.
Поскольку при экструзии оконных профилей происходит тщательное гомогенное перемешивание всех составных частей рецептуры, то может быть получен материал, спектр свойств которого варьируется в самом широком диапазоне. Вместе с тем применение добавок не изменяет основополагающих свойств ПВХ как термопласта, являющихся определяющими при проектировании оконных конструкций.
Как видно из табл. 2.3., поливинилхлорид имеет очень высокий коэффициент температурного расширения, равный 80 х 10 ~6 [1/°С]. Для сравнения эта величина для стали и бетона составляет порядка 10 х 10~6 [1/°С], а для стекла 8.5 х 10 ~6 [1/°С]. Таким образом, ПВХ имеет коэффициент в 10раз больший по сравнению со стеклом и с материмом примыкающих к окну наружных стен.
Такое соотношение величин приводит к тому, что температурные деформации, а соответственно, и напряжения в профиле, остеклении и примыкающих к окну конструкциях, резко отличаются по величине. Эта особенность, в сочетании с низким модулем упругости ПВХ практически полностью определяет специфику монтажа и системы уплотнений металлопластиковых окон по сравнению с окнами из других материалов - дерева, алюминия и стеклопластика.
Гибка оконного профиля. Как показывает практика, наибольшее количество спорных моментов между проектировщиками и изготовителями вызывают конструктивные решения арочных и круглых окон, т.е. все то, что связано с гибкой ПВХ. На рис. 2.13 приведена таблица минимально возможных радиусов гибки для профилей рам и створок системы VEKA Softline AD. Гибка рам и створок является наиболее отработанной стандартной операцией. Кроме того, можно гнуть импостные и штуль-повые профили.
Для того, чтобы согнуть оконный профиль из жесткого ПВХ, его необходимо разогреть до температуры размягчения, после чего определенным образом приложить изгибающие нагрузки, так чтобы получить изогнутый элемент с заданными геометрическими параметрами. Изгиб профиля должен осуществляться в одной плоскости, при этом необходимо избежать выгиба из плоскости (депланации) узких наружных стенок профиля.
Очевидно, что при многокамерной полой структуре ПВХ-профиля, это требование является практически невыполнимым. Поэтому непосредственно до разогрева профиля в его основную камеру по всей длине заготовки вводят специальный вкладыш из отдельных кусочков жесткого ПВХ, соединенных между собой. Пластиковые гибочные вкладыши индивидуальны для каждого профиля и называются цепями.После вставки основной внутренней цепи профиль разогревают в термокамере за счет инфракрасного излучения или (что является более старым методом) в глицериновой ванне. При этом равномерность прогрева профиля является определяющим фактором для качества гибки.
Разогретый профиль помещают на специальный стол с зафиксированными согласно проектному радиусу роликовыми направляющими. По бокам профиля выставляются еще две обжимные цепи, после чего осуществляется его изгиб. Размер рабочего стола определяет максимальный радиус изгиба дуги. При этом минимальный радиус (рис. 2.13) определяется жесткостью профиля.
Таким образом, при всей простоте изготовления окон из ПВХ, гибка профиля является сложной операцией, требующей определенного опыта и навыков. Очевидно, что при изготовлении окна с открывающейся арочной створкой достаточно трудно в идеале выдержать совпадение радиуса изгиба рамного и створочного профиля. Если учесть при этом, что изогнутые профили не могут быть проармированы, то сложности в эксплуатации такого окна (за счет проблем организации плотного притвора в арочной части) дополнительно за счет температурных деформаций неармиро-ванного ПВХ становятся очевидны. Не случайно опытные производители по возможности стараются сделать арочные части окон глухими.
Наглядно взаимосвязь архитектуры и технологических решений может быть проиллюстрирована на примере реальных объектов, возведенных и эксплуатирующихся в настоящее время.
Несущая система многоэтажного здания образуется вертикальными несущими конструкциями, объединенными в единую пространственную систему с помощью горизонтальных несущих конструкций — перекрытий здания. На рис. 3.1 показана несущая система многоэтажного здания, образованная разнотипными вертикальными конструкциями, а на рис. 3.2 — основные типы плоских вертикальных несущих конструкций. В высоких зданиях эти конструкции иногда объединяют в пространственные ядра-стволы, возводимые обычно из монолитного бетона в скользящей или переставной опалубке. Как видно из рис. 3.2, вертикальные несущие конструкции состоят из вертикальных элементов (столбов, колонн) и связей, соединяющих эти элементы по вертикальным швам: сваренных между собой закладных деталей или выпусков арматуры, бетонных шпонок, выступов перекрытий, ригелей рам с жесткими узлами, перемычек или участков перекрытий над проемами между столбами бескаркасного здания и т. п. Эти связи являются связями сдвига, так как они препятствуют взаимному сдвигу смежных элементов по вертикальным швам.
Несущие конструкции, имеющие один вертикальный шов и, следовательно, один ряд связей сдвига, называются одиосвязными, два ряда связей — двухсвязными и т. д. (см. рис. 3.2). Если бы связи были шарнирными, то каждый столб деформировался бы самостоятельно (рис. 3.3,а), а связи, поворачиваясь без сопротивления, оставались бы горизонтальными. Реальные связи всегда сопротивляются изгибу и сдвигу и тогда столбы деформируются так, как показано на рис. 3.3,6. В уровнях соединения связей со столбами возникают местные моменты и перерезывающие силы.Несущая система многоэтажного здания может быть схематизирована различными расчетными моделями: дискретными, континуальными и дискретно-континуальными. В дискретных моделях сохраняется дискретное расположение связей и вертикальных элементов, заданное в действительной несущей системе, но дискретизация обычно углубляется членением элементов на более мелкие участки (метод конечных элементов, метод сосредоточенных деформаций) или заменой континуума стержневой решеткой. Расчет несущих систем в целом на основе этих моделей требует решения систем алгебраических уравнений весьма высоких порядков, что затрудняет пока применение этих моделей.
Континуальные модели рассматривают здание как сплошную многостенчатую призматическую оболочку с вертикальной или горизонтальной осью. Эти расчетные модели находят применение только при расчете ядер-стволов и объемно-блочных зданий, однако наличие проемов вынуждает прибегать к специальным мерам приведения модели к заданной системе (см. гл. 4).
В дискретно-континуальных моделях сохраняется заданное дискретное расположение вертикальных элементов несущей системы, но сосредоточенные связи заменяются континуальными, т. е. непрерывно распределенными по высоте здания (рис. 3.4,а,б).
Так как обычно несущая система монотонна' по высоте, то расстояние между действительными сосредоточенными связями и жесткости этих связей равны во всех этажах. Следовательно, погонная податливость (жесткость) распределенных связей будет постоянна по высоте здания для каждого вертикального шва (при линейной постановке расчета).
Рассмотрим дискретно-континуальную расчетную модель несущей системы (рис. 3.12), основные особенности которой описаны в п. 3.1. Данная система подвергается в общем случае косому изгибу и внецентренному сжатию со стесненным кручением. Она состоит из вертикальных каркасных и панельных элементов прямоугольного сечения (колонн и столбов), расположенных в плане во взаимно перпендикулярных направлениях и соединенных связями сдвига. Элементы сложного профиля — двутавровые, уголковые и т. п.—рассматриваются как составленные из прямоугольных элементов, которые соединены условными связями сдвига.
Предлагаемый далее метод может рассматриваться как общий способ расчета несущих систем, частным случаем которого является расчет систем по консольной модели (с шарнирными связями), изложенный в п. 3.3. Метод позволяет получить решение и для систем, содержащих элементы замкнутого профиля или для группы столбов со сложным поперечным сечением, объединенных связями сдвига и при этом подвергающихся кручению.
В несущих системах, рассматриваемых в настоящем параграфе, связи сопротивляются изгибу и сдвигу, вследствие чего в них возникают перерезывающие силы Qi}, а в вертикальных элементах появляются нормальные силы Ni (их не следует смешивать с продольными силами, которые создаются в этих элементах приложенной непосредственно к ним вертикальной нагрузкой). Схема возникновения сил N-, от действия горизонтальной нагрузки показана ранее на рис. 3.3. Сравнивая этот рисунок с рис. 3.6, видим, что силы Ni должны возникнуть также под действием вертикальной удельно-неравной или внецентренной нагрузки вследствие сопротивления связей сдвига.Каждый из трех углов, входящих в (3.27), может быть выражен через неизвестную функцию Nt и внешние известные нагрузки. Раскрывая (3.27) для каждого вертикального шва и подставляя в систему уравнений (3.23), можно определить искомые функции Ni, принятые за неизвестные.
Для расчета в нелинейной постановке используется описанный в п. 3.5 алгоритм и программа «Авторяд ЕС» в комбинации с итерационным процессом. После расчета в линейной постановке по программе «Авторяд ЕС» несущая система разделяется по высоте на участки по 4—5 этажей. В пределах каждого участка податливость связей s и модуль деформаций столбов Е считаются постоянными на каждом шаге итерации. Для первой итерации эти константы определяются по принятым диаграммам деформирования в зависимости от усилий (средних в пределах участка), найденных из линейного расчета. Далее для каждого участка решается линейная задача с вновь полученными значениями s и £. На границах участков соблюдаются дополнительные граничные условия N, = Ni+l; #', = #',+ ,. Полученные на втором этапе усилия в столбах и связях используются для отыскания, по принятым диаграммам, новых значений констант s и Е. После каждой корректировки s и £ формируются матрицы жесткости для каждого участка и вычисляются прогоночные коэффициенты от заделки до верха здания (прямой ход), а затем определяются искомые неизвестные N, Т (обратный ход). Далее расчет повторяется до тех пор, пока расхождение в результатах на двух последних этапах итерации не станет меньше заданного предела (например, 3—5%).
Этот метод развит В. А. Люблинским в программе «Авторяд ЕС2» для нелинейного расчета пространственных несущих систем многоэтажных зданий. Блок-схема программы приведена на рис. 3.35.
Для иллюстрации этого процесса на рис. 3.36 показана схема итерационного расчета 20-этажной несущей системы на действие горизонтальной нагрузки при простейшей билинейной зависимости податливости s от Q. До образования трещин эта податливость постоянна, затем она возрастает пропорционально росту Q вплоть до предельного значения, соответствующего разрушению перемычки. Эпюра Q, полученная из линейного расчета на полную заданную нагрузку, разделена на четыре участка по высоте. Для каждого участка определены средние значения Q, которые будут, очевидно, завышенными, поскольку исходят из минимальной податливости перемычек, соответствующей их упругой работе без трещин. По этим значениям Q, согласно диаграмме Q — s, найдены новые значения s для всех участков. Новые s будут больше начальных, так как с ростом Q податливость s возрастает. При этих податливостях s определены новые N и Q и далее этот процесс автоматически повторяется. В данном примере потребовалось семь итераций, чтобы расхождение между последними двумя значениями Q оказалось равным 4%. На рис. 3.36, б показана последовательность выполнения итераций для участка II (черные кружки) и для участка IV (светлые кружки). Так как при нелинейной постановке расчета не действителен принцип суперпозиции, возникает необходимость оговорить историю загружения несущей системы. В соответствии с реальными условиями вначале прикладывается вертикальная нагрузка. Она является более значимой по сравнению с горизонтальной (ветровой) даже при большой высоте здания.
При высоте зданий в 40—50 и более этажей эффективным становится размещение основных вертикальных несущих конструкций на периферии плана здания, чем достигается максимальное увеличение момента инерции поперечного сечения несущей системы здания в целом ti, следовательно, предельное увеличение ее общей жесткости. Этой цели служат ростверки, которые вовлекают в работу на горизонтальную нагрузку вертикальные элементы (колонны) периферийной системы. Центрально расположенное ядро служит опорой для ростверков, размещаемых в двух-трех уровнях по высоте здания (рис. 4.8, а). Под влиянием сопротивления ростверков изгибу и сдвигу в периферийных колоннах возникают нормальные силы N (рис. 4.8, б), за счет которых с ядра снимается основная часть внешнего момента, равная Nb (рис. 4.8, в).
Ростверк представляет собой систему перекрестных железобетонных балок-стенок с преднапряженной или жесткой арматурой (рис. 4.9). Верхнюю и нижнюю полки этой коробчатой многозамкнутой конструкции образуют ее перекрытия. Испытания коробчатых железобетонных ростверков, проведенные в МИСЙ им. В. В. Куйбышева, показали, что ростверк деформируется по схеме цилиндрического изгиба. Это оправдывает использование в расчете плоской расчетной схемы. Так как ростверки в отличие от перекрытий и перемычек могут располагаться на различных расстояниях друг от друга по высоте здания,а число их недостаточно для перехода к дискретно-континуальной расчётной модели, то для расчета несущих систем с ростверками удобно принять основную систему метода сил.
При проектировании полносборных каркасно-панель-ных зданий с применением типовых конструкций можно применять упрощенные расчетные зависимости и методы, приближенно учитывая ряд факторов, определяющих действительную работу элементов несущей системы, на основании предварительных исследований деформаций и прочности конструкций и стыков. Путь построения практических методов расчёта определяет анализ конструктивных особенностей существующих типовых каркасов.
В гражданском строительстве распространены исключительно связевые каркасы, к которым относятся московский унифицированный каркас и каркас серии ИИ-04, являющийся типовым каркасом всесоюзного применения. На основе каркаса серии ИИ-04 создан связевый каркас серии 1.020-1, в котором реализованы идеи так называемой межвидовой унификации. Каркас предназначен для строительства не только гражданских, но и промышленных зданий. В связи с высокими технико-экоиомическими показателями каркаса серии 1.020-1 было принято решение о дальнейшем его применении путем включения в единую унифицированную систему конструкций для строительства как в районах с обычными, так и с особыми природно-климатическими условиями. Повсеместное внедрение единой унифицированной системы будет осуществлено в 12-й пятилетке.
Каркасы серии ИИ-04 и 1.020-1 отличаются конструктивными решениями, однако с точки зрения расчета здания как пространственной несущей системы и решения вопросов его общей устойчивости эти особенности не существенны, так как все разновидности связевых каркасов можно рассчитывать на основе общего методического подхода.
Главной конструктивной особенностью зданий со свя-зевым каркасом, оказывающей решающее влияние на выбор расчетных моделей и методов, является ограниченная прочность и жесткость стыков ригелей с колоннами (рис. 5.1). В результате все горизонтальные нагрузки, а точнее, все нагрузки, стремящиеся вызвать горизонтальные перемещения здания (горизонтальные перемещения здания и соответствующие горизонтальные реакции дисков перекрытий могут быть вызваны и вертикальными нагрузками), воспринимаются специальными конструктивными элементами—диафрагмами жесткости. Диафрагмы жесткости представляют собой комплексные конструкции, включающие колонны каркаса и установленные между ними специальные стеновые панели, которые соединены с колоннами и между собой сварными стыками (рис. 5.2). Сварные стыки обеспечивают совместную работу элементов диафрагм (колонн, стеновых панелей) при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Горизонтальные перемещения несущей системы здания, вызванные вертикальными нагрузками, обусловливают появление дополнительных моментов, вследствие чего просходит увеличение деформаций здания и внутренних усилий в конструктивных элементах.
Для расчета внутренних усилий в конструкциях здания и его перемещений с учетом продольного изгиба (так называемый расчет по деформированной схеме) применяются дифференциальные уравнения, с помощью которых можно осуществить расчет здания по дискретно-континуальной модели. Поскольку влияние продольного изгиба на работу каркасно-панельных зданий не может быть значительным, что обеспечивается, в частности, контролем соответствующих показателей при проектировании, целесообразно использовать приближенные методы оценки этого фактора.
Влияние продольного изгиба для моделей с абсолютно жесткими связями сдвига рассчитывается по формулам.Приближенный деформационный расчет здания выполняется в следующей очередности. Сначала необходимо выполнить расчет без учета продольного изгиба, оценить реальные жесткости и, вычислив коэффициенты продольного изгиба и откорректировав значения суммарных моментов Му,Мг и бимомента Т, повторить расчет. Значения критических параметров вертикальной нагрузки равны.араметры, используемые при выполнении расчетов с учетом продольного изгиба, можно применять в качестве критериев рациональности принятой в проекте конструктивной схемы. Безразмерные параметры v и Ф служат признаком эквивалентности жесткости несущей системы при поступательных перемещениях и пои закручивании: жесткости.
Железобетонные ядра жесткости выполняются в основном из монолитного железобетона с гибкой или жесткой арматурой. Они возводятся в скользящейturn переставной; опалубке, при этом устройство ядра жесткости может осуществляться раньше или одновременно с монтажом каркаса. Скользящая опалубка позволяет возводить ядра жесткости в' короткие сроки, однако при этом трудно обеспечить высокое качество. При возведении зданий с ядрами жесткости методом подъема перекрытий применяется технология, при которой; колонны в центре ядра используются для установки на них платформ с электромеханическими подъемниками и башенных кранов для- монтажа околоядровых и внутриядровых конструкций.
Армирование ядер Жесткости выполняется по общим правилам на 1 основании расчетов на горизонтальные и вертикальные нагрузки. Вертикальная арматура, если она не требуется по расчету, устанавливается из условия минимального армирования в количестве 0,05% площади бетонного горизонтального сечения на уровне проемов около каждой грани, но ие менее чем по одному стержню 012 мм через 50 см. Продольные (вертикальные) стержни должны быть поставлены во всех углах горизонтального сечения каждого столба (простенка). Горизонтальная арматура в простенках (столбах) устанавливается, если она не нужна по расчету, исходя из того же минимального процента армирования. Между сетками у. внутренней и наружной граней ядра для обеспечения проектного положения арматуры и соблюдения толщины защитного слоя бетона должны быть поставлены фиксаторы; целесообразно применение само-иесущих пространственных каркасов.
Установку каркасов необходимо увязывать с расстановкой домкратных рам (при бетонировании ядра в скользящей опалубке), минимальное расстояние между домкратной рамой н ближайшим арматурным каркасом должно быть не менее 120 мм в свету. Надпроемные перемычки армируются согласна расчету на изгиб готовыми пространственными каркасами, если этому не препятствует расстановка домкратных, рам, либо двумя плоскими каркасами, устанавливаемыми Яр обе стороны домкратного стержня с последующим соединением их шпильками.
Стеновые панели типа «сэндвич» по сравнение с бетонными и керамзитобетонными имеют следующие преимущества: при их изготовлении применяются новые более эффективные материалы, позволяющие снизить теплоэнергетические затраты на отопление, материалоемкость и массу конструкций наружных стен, что в свою очередь обеспечивает возможность снижения материалоемкости и массы несущих конструкций (стен или колонн). С увеличением габаритов панелей наружных стен уменьшается количество монтажных единиц на здание и соответственно трудоемкость его возведения.
В зависимости от материалов и технологии заводского изготовления лицевой слой многослойных панелей наружных стен может изготовляться монолитно-связанным с панелью и не связанным с ней с учетом последующей навески его при монтаже. Как правило, этот вариант применяется в строительстве общественных зданий, возводимых с применением дорогостоящих материалов для лицевого слоя. Навеска его на завершающей стадии отделки здания обеспечивает лучшую сохранность дефицитного, дорогостоящего лицевого слоя. Этому методу соответствует особая система закрепления лицевых листов по направляющим потайными креплениями с применением защелкивающего нащельника.
Отделение лицевого слоя от панели ^наружной стены открыло неограниченные возможности в применении различных материалов для изготовления лицевого слоя: анодированного, окрашенного или эмалированного алюминия, эмалированной стали, штампованной пластмассы (поливинилхлорид), закаленного стекла (теплопоглощаю-щего или теплоотражающего).
На основе применения зеркального слоя в панелях наружных стен в 80-е годы обозначился стиль «зеркальной» архитектуры. Особенно модным этот стиль стал в США.
