Стоит ли экономить на армирующем профиле?

Окна и двери из ПВХ профиля, в течение последнего десятилетия, получили весьма широкое распространение и заслуженное уважение, а также интерес потребителей. Действительно, окна из ПВХ профиля обладают рядом неоспоримых достоинств. Среди этих достоинств находятся высокая тепло и звукоизоляция, простота в уходе за окнами, устойчивость к атмосферным воздействиям, солнечному излучению, повышенной влажности и перепадам температур. Окна из ПВХ несут тишину, тепло, уют и комфорт в дома потребителей.

Рынок производства и продаж светопрозрачных конструкций разросся и окреп. Сотни предприятий предлагают свою продукцию, на этом рынке. Если, в начале девяностых годов прошлого тысячелетия, окна из ПВХ профиля были привилегией элиты и, в силу своей высокой стоимости, были недоступны большинству потребителей, то, уже к началу нынешнего века, они стали общедоступными. Не очень сложная технология производства позволила открывать не только крупные предприятия, по производству окон, но и средние и мелкие, производственные цеха, которых, размещались даже в индивидуальных гаражах. Все они, не покладая рук, усердно трудились для удовлетворения, всё возрастающего, спроса на новые окна. Вскоре, рынок оказался насыщенным предложением и обострилась конкуренция между производителями. Если поначалу, просто названия «металлопластиковые окна», было достаточно для обеспечения притока обращений и заказов, то, с течением времени, этого уже оказалось мало, ссылки на названия европейских брендов изготовителей профиля, так же не принесли ожидаемых улучшений. Многие предприятия, научившись изготавливать окна, не нашли другого конкурентного преимущества, кроме низкой цены. Это самый очевидный и доступный для понимания путь. Однако, не самый лучший. Идя по этому пути, невозможно совершенствоваться бесконечно. Можно до минимума сократить накладные расходы, до минимума снизить рентабельность, но рано или поздно, цена упрётся в себестоимость и в стоимость материалов.

Как можно сэкономить на материалах. Только заменой дорогих и качественных материалов, дешёвыми и низкого качества!

Удешевление возможно исключительно за счёт качества и в ущерб качеству конечного продукта. Разговоры о том, что некий продукт, может быть «такой же, но дешевле», как минимум, не состоятельны. Так называемая «плата за имя», конечно же, существует, но она, в подавляющем большинстве случаев, основана на традиционных качестве и надёжности продукта.

Не станем останавливаться на обсуждении достоинств и недостатков различных профильных и фурнитурных систем. Выбор того или иного профиля или фурнитуры является, с моей точки зрения, вопросом личных предпочтений. В большинстве случаев, при выборе окон, руководствуются именем производителя профиля, системной глубиной профиля, количеством воздушных камер внутри профиля, устойчивостью цвета профиля или возможностью его декорирования под дерево. Интересуются именем производителя фурнитуры, её функциональными возможностями и наличием опциональных, дополнительных функциональных возможностей и элементов, таких как ступенчатое откидывание, зимнее проветривание, приподниматель створки, противостояние взлому, защита от захлопывания или от открывания детьми. Кроме того, особенно в последнее время, интересуются типом стекла в стеклопакетах, формулой и характеристиками стеклопакетов. Это правильно, это очень важные критерии выбора, однако, это далеко не все конструктивные элементы, влияющие на качество окон.



Неотъемлемым элементом любого окна из ПВХ профиля является стальной армирующий профиль. Именно поэтому, эти окна и называются металлопластиковыми. Стальной армирующий профиль придаёт окнам механическую прочность и позволяет противостоять изгибанию элементов окна под действием нагрузок ветрового давления, изгибанию вследствие температурного расширения ПВХ профиля, при различных температурах наружной и внутренней сторон окна и изменениям размеров окна при смене температуры, позволяет выдерживать вес стеклопакетов.

Основной задачей армирующего профиля, является его сопротивление изгибу и скручиванию. Количественным показателем сопротивления армирующего профиля изгибу является не столько толщина стального листа, из которого изготовлен профиль, не только конфигурация или форма профиля, а в большей степени, момент инерции сечения профиля и модуль упругости материала армирующего профиля. Чем больше момент инерции сечения профиля и модуль упругости материала, из которого он изготовлен, тем выше сопротивление изгибу профиля.

Модуль упругости, (модуль Юнга), кратко Е-модуль, является величиной, зависящей от свойств самого материала. Модуль упругости это та величина нагрузки, при которой стержень из данного материала удлиняется (без потери упругих свойств) вдвое по отношению к ненагруженному образцу. Таким образом, Е-модуль является величиной, характеризующей способность профиля сопротивляться упругой деформации. Величина модуля упругости измеряется в Паскалях (Па). В таблице приведены Е-модули различных материалов, используемых при производстве окон:

Материал	E, H/м2 x l06
ПВХ твердый	2 700
Дерево	10 000
Алюминий	70 000
Сталь	210 000

Из-за маленького значения Е-модуля ПВХ профили должны усиливаться. Из приведённой выше таблицы видно, что оптимальным материалом для профиля, увеличивающего жёсткость, является сталь. Большая разница жесткостей ПВХ и стали является причиной того, что при расчетах на силовые нагрузки, жесткостью ПВХ пренебрегают.

Момент инерции, в отличие от модуля упругости, зависит не от материала, из которого изготовлен профиль, а от его геометрических размеров, формы и конфигурации. Это скалярная физическая величина, характеризующая распределение масс в теле, равная сумме произведений элементарных масс на квадрат их расстояний до базового множества (точки, прямой или плоскости). Существует несколько видов моментов инерции. Нас интересует геометрический момент инерции. Геометрический момент инерции — геометрическая характеристика сечения, пропорциональная площади сечения и квадратно пропорциональная расстоянию до этого сечения. Геометрический момент инерции не связан с движением материала, он лишь отражает степень жесткости и взаимного расположения различных элементов конструкции. Значения моментов инерции армирующих профилей, рекомендованных производителем ПВХ профиля, указываются, как правило, в предоставляемой изготовителю окон технической документации. Солидные европейские производители ПВХ профиля предлагают набор из нескольких видов армирующего профиля, предназначенных для использования в условиях различных ветровых нагрузок. Величина момента инерции измеряется в сантиметрах в четвёртой степени (см4).

Каждая конструкция из ПВХ профиля, будь то окно, балконная дверь, балконное остекление, или любое другое изделие, на этапе проектирования или конструирования, должны быть рассчитаны на сопротивление ветровым нагрузкам, которым они будут подвержены в течение срока эксплуатации. Это называется статический расчёт строительного элемента. Он имеет своей целью привести доказательство того, что элемент с заданной надёжностью выдержит действующие на него нагрузки без остаточных деформаций и разрушения. При этом все действующие на окно силы, должны быть переданы на несущие элементы здания. Достаточность прочности профиля определяется величиной прогиба, вызванного ветровой нагрузкой, собственным весом элементов окна и другими нагрузками.

Максимально допустимый прогиб окон и балконных дверей, под действием расчётных ветровых нагрузок, согласно ДСТУ Б В. 2. 6 – 15 - 99 «Конструкции зданий и сооружений. Окна и двери поливинилхлоридные. Общие технические условия», при длине элементов до трёх метров, не должен превышать 1/200 длины прогона. Для изделий, размером свыше трёх метров (по индивидуальным заказам), прогиб должен быть не больше 1/300 длины прогона, причём в конструкциях, застеклённых стеклопакетами, - не более 8 мм на каждый стеклопакет. Немецкие нормы более требовательны, Допустимые деформации немецких профилей определяются согласно DIN 18056 "Стены с окнами, измерения и исполнения". Согласно этим нормам, допустимая деформация для импоста и поперечного профиля прямоугольного к поверхности окна не может быть более 1/300 профильной длины, 0,8 см для стеклопакета с длиной стороны более 240 см.

В настоящее время, к сожалению, большинство предприятий производителей ПВХ окон уделяют недостаточно внимания соответствию прочностных характеристик требуемым показателям.

Экономя на армирующем профиле, прикрываясь антикризисными лозунгами, они снижают показатели прочности. Сейчас, крайне мало производителей окон используют армирующий профиль, имеющий толщину и размеры, рекомендованные производителями профиля. Для экономии на металле, снижают толщину профиля, увеличивают радиусы изгибов элементов профиля и уменьшают габаритные размеры профиля. Уже давно, толщина металла в армирующем профиле, равная 1,2 мм стала, практически, нормой, вместо положенных 1,5 мм, рекомендованных большинством профилистов, как минимальная толщина. А есть целый ряд изготовителей окон, применяющих армирующие профили, толщиной менее одного миллиметра. За счёт увеличения радиусов изгибов и уменьшения габаритных размеров профиля, экономят на ширине штрипса (ленты-заготовки для изготовления армирующего профиля).

Давайте посчитаем, к какому снижению прочности может привести подобная экономия и где можно ставить окна с таким армирующим профилем, согласно требованиям по ограничению максимального прогиба.

Для упрощения расчётов, примем значения коэффициента географической высоты, коэффициента рельефа, коэффициента направления и коэффициента динамичности равными единице.

Возьмём, для примера, профиль Ecoplast серию «Standart», для усиления его импоста рекомендуется использовать «п» образный армирующий стальной профиль, толщиной 1,5 мм и размерами 20х33 мм. Момент инерции этого профиля составляет 1,74 см4. Обычное кухонное окно, размерами 1,4х1,4 м, с применением такого профиля, можно без опаски устанавливать, к примеру, в центре Мариуполя, Керчи или Бердянска, на высоте до 18 метров.

По немецким нормам, такое окно с таким армирующим профилем, изготавливать в принципе нельзя, поскольку прогиб, при минимальной ветровой нагрузке, группы А, превышает допустимый прогиб на 11%. При использовании «экономного» армирующего профиля, с толщиной металла 1,2 мм, увеличенных радиусах изгибов и уменьшенных «в пределах допуска» габаритных размерах, экономится около 24,4% металла. При этом теряется больше 29% прочности, и окно из такого профиля, в центре того же Мариуполя, уже на высоте свыше 9 метров ставить нельзя, а на окраине Мариуполя – не выше 5 метров. Если же экономить с размахом и использовать профиль толщиной 0,9 мм, чем грешат очень многие оконщики, то сэкономить можно до 42,7% металла. Момент инерции такого, с позволения сказать, армирующего профиля составит 0,95 см4, что на 45,2% меньше рекомендуемого. Наше окно с таким «усилителем» внутри, в центре так полюбившегося нам Мариуполя, можно ставить на высоте не больше 6 метров, то есть не выше второго этажа, а на окраине – такое окно с таким армирующим профилем, устанавливать в принципе нельзя, поскольку величина его прогиба, при расчётной ветровой нагрузке, превышает максимально допустимый прогиб на 21,7%.

Мариуполь я взял не случайно, а потому, что он расположен в пятом ветровом районе с максимальным расчётным ветровым давлением (600 Па) и на его примере более ярко выражается уменьшение прочности армирующего профиля с уменьшением толщины металла. Для полноты картины, можно посчитать максимальную высоту, на которой можно установить это суперэкономное окно в остальных ветровых районах.



Итак, в четвёртом ветровом районе, в центрах таких городов как Луцк, Ровно, Львов, Тернополь, наше окно можно ставить на высоте максимум 7 м (тот же второй этаж), а на окраинах этих городов, - устанавливать тоже нельзя, превышение максимального прогиба на 11,6%. В третьем ветровом районе, в центре Житомира, Винницы, Черновцов, Хмельницкого, Ивано-Франковска, Симферополя, Одессы, Николаева, Херсона, Запорожья, Днепропетровска, Полтавы, Донецка и Луганска, - не выше 8 метров (до третьего этажа не дотягивает), а в пригородах – опять ставить нельзя, хоть и немного, но превышает допустимый прогиб. Второй ветровой район, в таких городах как Чернигов, Черкассы, Сумы и Кировоград, наше окошко можно ставить на высоте до 9 метров и в пригородах – до 6 метров (третий и второй этажи соответственно), а в сёлах, расположенных во втором ветровом районе, такие окна ставить нельзя, поскольку прогиб этого окна превышает допустимый на 15,2%. В Киеве или Ужгороде, расположенных в первом ветровом районе, это окно можно ставить на высоте 12 метров (четвёртый этаж), в пригородах – 8 метров (опять не выше второго этажа), в сёлах – нельзя, превышение допустимого прогиба на 5,7%.

Напомню, это маленькое «кухонное» окно, размерами 140 на 140 сантиметров. А ведь, есть окна гораздо больших размеров, о балконных остеклениях, я и думать боюсь. Мы посчитали прочность окна из профиля украинского производства. А как обстоят дела с импортными профилями? Точно так же. Сталь армирующего профиля такая же, подчиняется тем же законам физики и прочность профиля точно так же падает с уменьшением толщины стенки профиля, увеличением радиусов изгибов и уменьшением габаритных размеров. Устойчивость к прогибу армирующего профиля, при экономии металла, уменьшается как в украинских ПВХ профилях, так и в немецких или бельгийских. Правда, профили европейского происхождения, изначально рассчитывались под более жёсткие нормы и, при экономии, снижение показателей прочности начинается с более высоких уровней, но падение происходит столь же стремительно.

Сколько можно сэкономить на армирующем профиле, при изготовлении рассмотренного нами окна?

Давайте посмотрим. Для изготовления окна размером 140 на 140 сантиметров, с одним импостом и одной створкой, понадобится около десяти метров армирующего профиля. Разница в стоимости погонного метра «полновесного» и «облегчённого» армирующего профиля составляет не более полутора гривен. Итого получаем пятнадцать гривен экономии на одном окне. Вроде бы немного, но при производительности двести окон в смену, получается около трёх тысяч гривен экономии в ту же смену, уже деньги.

В результате, довольны все. Довольны поставщики армирующего профиля, поскольку экономят от 24 до 43 процентов металла при, практически, той же стоимости профиля, кроме того, на транспортных расходах можно сэкономить, поскольку в машину можно загрузить больше профиля, при том же расходе топлива, той же зарплате водителю и таких же расходах на эксплуатацию и техобслуживание автомобиля, при изготовлении такого профиля меньше затрачивается электроэнергии и в меньшей степени изнашивается оборудование, поскольку металл тоньше и изгибать его легче. Довольны производители окон, поскольку на хорошем объёме производства получается хорошая экономия. Довольны даже заказчики, поскольку приобрели новые окна, на пятнадцать – двадцать гривен дешевле, а свои кровные пятнадцать гривен, - это свои кровные, родные и никому их отдавать неохота. Тот факт, что эти новые окна в два-три раза недотягивают до требований прочности, то, что они просто под действием порыва ветра могут прогнуться и стеклопакеты в этих замечательных окнах могут лопнуть, заказчиков не беспокоит. Они, заказчики, об этом факте просто не знают. Им об этом забыли сказать. А для чего говорить? Вдруг ветра не будет. Никогда. А человек расстроится.