ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОКОННЫХ БЛОКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

В отечественном индустриальном строительстве все более широкое распространение получают эффективные сборные строительные элементы высокой степени заводской готовности, обеспечивающие повышение уровня индустриализации, долговечности и архитектурной выразительности зданий и сооружений. К ним относятся легкие конструкции с применением алюминиевых сплавов.

Объемы применения алюминия в строительстве постоянно увеличиваются. Так, за рубежом для строительства применяется около 20 % вырабатываемого и используемого алюминия, что составляет (млн. т в год): в США более 1,5, в Японии — 0,7, в ФРГ — 0,2 и т. д.

Практика применения алюминиевых конструкций в отечественном строительстве насчитывает уже свыше 20 лет. В СССР создана мощная индустриальная база по производству строительных алюминиевых конструкций. Введены в действие специализированные заводы алюминиевых строительных конструкций в городах Видное, Воронеже, Хабаровске, Броварах. Отечественная индустриальная база по производству алюминиевых конструкций для строительства одна из самых мощных в Европе. Так, в 1980 г. алюминиевых конструкций в строительстве было использовано около 150 тыс. т.

В связи с интенсивным ростом отечественной индустриальной базы по массовому изготовлению строительных алюминиевых конструкций становятся актуальными вопросы, связанные с повышением эффективности их применения в гражданском строительстве. Над проблемой разработки и внедрения в архитектурно-строительную практику ограждающих конструкций с применением алюминиевых сплавов в настоящее время работают институты Госстроя СССР, Госгражданстроя, Мосгорисполкома, Минмонтажспецстроя СССР и др. Разработаны типовые конструкции окон, витражей, витрин, дверей и тамбуров, выпущены нормативные и инструктивные документы на их разработку, производство и применение. Разрабатываются типовые конструкции деревоалюминиевых окон, в которых алюминиевые профили используются в качестве защитно-декоративных изделий для деревянных стандартных окон. Имеются разработки унифицированных конструкций для легких наружных стен с использованием элементов из алюминия, в том числе стеновых навесных панелей. Перед внедрением этих конструкций в индустриальное строительство на производственно-экспериментальной базе КиевЗНИИЭПа были проведены комплексные испытания опытных образцов окон, витрин, витражей и стеновых панелей, решенных на основе единого комплекта профилей и соединительных элементов (угловых, Т-образных и других соединений).

 

 

 

Использование алюминиевых сплавов в витражах в здании Министерства автомобильных дорог УССР в Киеве.

В качестве примера проанализируем результаты испытаний конструкций оконных блоков из алюминиевых сплавов. Прочностные и деформативные испытания оконных блоков проведены с целью выявления технических и эксплуатационных качеств новых конструкций и типов профилей, в которых они использованы.

Испытывался оконный блок типа ОАК 21-15 с двойным остеклением в одинарном переплете из комбинированных профилей с распашной системой открывания створки.

Оконный блок высотой 210 и шириной 150 см выполнен из алюминиевого сплава АД-31-Т5 со следующими физическими характеристиками материала: предел текучести аг — 120 МПа; предел прочности 0В = 160 МПа; относительной упругости є = 8 %; модуль упругости Е — (0,07 -+- 0,072) МПа. Расчетная нагрузка, действующая на оконный блок, была принята для IV ветрового района при максимальной высоте здания до 60 м, с учетом динамической составляющей = 16 МПа.

Испытания оконного блока, установленного на четыре опорные части, проводились на стенде в горизонтальном положении, створкой вниз. Действие ветровой нагрузки с учетом собственного веса оконного блока имитировалось равномерно распределенной нагрузкой, создаваемой штучными грузами по 100 Н каждый, которые через специальные прокладки передавались на оконный блок. Нагружение проводилось ступенями, величина каждой ступени составляла 10 % расчетной нагрузки и осуществлялась в два этапа. На первом этапе нагрузка прикладывалась на створку оконного блока с целью выяснения прочности ее крепежных элементов (петель и приборов открывания), на втором — на каркас оконного блока с целью определения его прочностных и деформативных характеристик. При испытании оконного блока (створки и каркаса) измеряли фибровые деформации в средних участках продольных и поперечных ребер при помощи тензорезисторов с базой 20 мм, а перемещения — при помощи прогибометров Максимова с ценой деления

0, 1 мм, которые устанавливались на продольных ребрах каркаса в середине пролета, и индикаторов с ценой деления 0,01 мм, которые устанавливались в середине пролета (створки и каркаса) на обоих ребрах и на опорных участках.

В результате испытаний было установлено, что для данного типа оконных блоков решающим фактором является его деформативность, а не прочность. Так, относительные деформации продольных ребер каркаса в середине пролета по нижней и верхней граням ребер, замеренные прибором ИДЦ-1 составили 51, что соответствует напряжениям 36,7 и 2,2 МПа.

Полученные величины напряжений намного ниже прочностных характеристик алюминиевого сплава, из которого изготовлен оконный блок. Это свидетельствует о значительном перерасходе в изделии материала, который может быть сокращен на 20 %.

 

 

 

Испытания оконного блока на деформативность показали следующее: максимальный прогиб продольных ребер створки составил 6,45 и 5,55 мм, что меньше теоретического прогиба (СНиП ІІ-6-74), равного 6,6мм (1/300), амаксимальный прогиб поперечных ребер — 1,1 и 1,3 мм, что также меньше теоретического прогиба, равного 4,6 мм.

Прогиб продольного ребра каркаса со стороны прибора открывания составил мм, со стороны петель 6,55 мм, тогда как теоретический прогиб равен 6,8 мм. Прогиб поперечных ребер каркаса окна при максимальной нагрузке составляет 0,95 и 0,4 мм, что значительно меньше теоретического (4,6 мм).

Перемещения створки относительно каркаса показали, что по периметру зазор увеличивался неравномерно: среднее значение его в местах установки петель составило 2,25 мм, а со стороны приборов открывания 5,72 мм.

В результате проведенных экспериментальных исследований оконного блока было установлено;

продольные и поперечные ребра створки по прочности и деформативности удовлетворяют требованиям;

продольные и поперечные ребра каркаса по прочности также удовлетворяют требованиям;

деформации продольного ребра каркаса со стороны петель в пределах нормы и составляют 6,5 мм, а со стороны, приборов открывания 10 мм, что превышает допустимую величину (6,6 мм). Это свидетельствует о том, что приборы открывания не обеспечивают достаточную совместную работу створки с каркасом оконного блока и их конструкция должна быть изменена;

наличие резерва экономии материалов в оконном блоке при изменений конструкции прибора открывания;

возможность применения его в других ветровых районах, что позволит уменьшить расчетные нагрузки на конструкцию и обеспечить дополнительную экономию материалов.

С учетом результатов проведенных испытаний на ПЭБ КиевЗНИИЭПа были изготовлены эталонные образцы окон, которые переданы специализированным заводам алюминиевых строительных конструкций для массового производства.

 

В. В. Куцевич, канд. Архитектуры