ЧИСЛЕННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОКОННЫХ ПВХ ПРОФИЛЕЙ

Опыт эксплуатации ПВХ окон в районах с низкими зимними температурами наружного воздуха показал, что они подвержены значительным изгибным температурным деформациям, которые приводят к снижению их эксплуатационных качеств. Однако температурные деформации никак не учитываются при проектировании окон ПВХ, что связано с отсутствием инженерной методики их расчёта на температурные нагрузки. В настоящей статье представлен инженерный подход к расчету температурных деформаций оконных профилей ПВХ. Он реализован на примере расчета оконного ПВХ импоста с армирующим стальным сердечником на температурный изгиб для зимних условий эксплуатации. Расчёт выполнен двумя способами: численно-аналитическим и упрощенным аналитическим. Для верификации расчётной методики в климатической камере было проведено испытание двухстворчатого окна на температурную нагрузку. Сравнение результата расчётов с результатами испытаний показали расхождение в 10.6% (для численно-аналитического расчёта) и 16.2% (для аналитического расчёта). Результаты лабораторных испытания подтвердили принятое в расчётной методике допущение: расчёт температурных деформаций импоста при его шарнирном креплении к раме возможно вести без учёта жесткости примыкающих к импосту створок, поскольку створки и импост деформируются под действием температуры совместно и не передают друг на друга механических усилий.

ПВХ окна, прогиб импоста, температурная нагрузка, климатические воздействия, численно-аналитический метод расчёта

1. Елдашов Ю.А., Сесюнин С.Г., Ковров В.Н. Экспериментальное исследование типовых оконных блоков на геометрическую стабильность и приведенное сопротивление теплопередаче от действия тепловых нагрузок // Вестник МГСУ. 2009. № 3. С. 146-149

2. Verkhovskiy A., Bryzgalin V., Lyubakova E. Thermal Deformation of Window for Climatic Conditions of Russia // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol 463. No 3. doi:10.1088/1757-899X/463/3/032048

3. Konstantinov A. and Verkhovsky A. Assessment of the Wind and Temperature Loads Influence on the PVC Windows Deformation // IOR Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol 753. No 3. doi:10.1088/1757-899X/753/3/032022

4. Fleury G., Thomas M. Variations to window air permeability according to outside temperature // Cahiers Du Centre Scientifique et Technique Du Batiment. 1972. Vol 132. No. 1129

5. Шеховцов А.В. Воздухопроницаемость оконного блока из ПВХ профилей при действии отрицательных температур // Вестник МГСУ. 2011. № 3-1. С. 263-269

6. Henry R., Patenaude A. Measurements of window air leakage at cold temperatures and impact on annual energy performance of a house // ASHRAE Transactions. 1998. Vol 104. No Pt 1B. Pp. 1254-1260

7. Kehrli D. Window air leakage performance as a function of differential temperatures and accelerated environmental aging // Thermal performance of exterior envelopes of building III. 1985. Pp. 872-890. [Online]. Available: https://web.ornl.gov/sci/buildings/conf-archive/1985 B3 papers/066.pdf

8. Кунин Ю.С., Алекперов Р.Г., Потапова Т.В. Зависимость воздухопроницаемости светопрозрачных конструкций от температурных воздействий // Промышленное и гражданское строительство. 2018. № 10. С.114-120

9. Куренкова А.Ю. Уроки 2010 года, или особенности изготовления оконных блоков из ПВХ-профилей шириной более 68 мм // Светопрозрачные конструкции. 2011. № 1. С. 10-12

10. Van Craenendonck S., Lauriks L., Vuye C., Kampen J. Local effects on thermal comfort: Experimental investigation of small-area radiant cooling and low-speed draft caused by improperly retrofitted construction joints // Building and Environment. 2018. Vol 147. Pp. 188-198. doi:10.1016/j.buildenv.2018.10.021

11. Schiepel D. and Westhoff A. Study on the Influence of Turbulence on Thermal Comfort for Draft Air // New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics XIII. STAB/DGLR Symposium 2020. Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. 2021. Pp. 494-503. doi:10.1007/978-3-030-79561-0_47

12. Manz H., Frank T. Analysis of thermal comfort near cold vertical surfaces by means of computational fluid dynamics // Indoor and Built Environment. 2004. Vol 13. No 3. Pp. 233-242. doi:10.1177/1420326X04043733

13. Konstantinov A.P., Lambias Ratnayake M. Calculation of PVC windows for wind loads in high-rise buildings // E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 33. doi:10.1051/e3sconf/20183302025

14. Калабин В.А. Оценка величины тепловой деформации ПВХ-профиля. Часть 1. Зимние поперечные деформации // Светопрозрачные конструкции. 2013. № 1-2. С. 6-9

15. Калабин В.А. Оценка величины тепловой деформации ПВХ-профиля. Часть 2. Летние поперечные деформации // Светопрозрачные конструкции. 2013. № 3. С. 12-15

16. Сесюнин С.Г., Елдашов Ю.А. Моделирование сопряженной задачи термоупругости на примере анализа вариантов конструктивного оформления оконного блока зданий // Светопрозрачные конструкции. 2005. № 4. С. 14-18

17. Аксенов И.С., Константинов А.П. Аналитический метод расчета напряженно-деформированного состояния оконных профилей ПВХ при действии температурных нагрузок // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. Вып.11. С. 1437-1451. doi:10.22227/1997-0935.2021.11.1437-1451

18. Aksenov I.S., Konstantinov A.P. Temperature deformations of PVC window profiles with reinforcement // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. 18(2). P. 98-111. https://doi.org/10.download22337/2587-9618-2022-18-2-98-111

19. Gerasimova E., Galyamichev A., Dogru S. Stress-strain state of insulated glass unit in structural glazing systems // Magazine of Civil Engineering. 2020. Vol 98. No 6. doi:10.18720/MCE.98.8

20. Carbary L.D., Kimberlain J.H. Structural silicone glazing: optimizing future designs based on historical performances // Intelligent Buildings International. 2020. Vol 12. No. 3. Pp. 169-179. doi:10.1080/17508975.2018.1544881