Расчет толщины стекла в стеклопакете

Программа для статического расчета стекла

Расчетные программы

Сообщение от juggo:
ETCartman — одинарное стекло в принципе можно считать как пласину равномерно опирающуюся по краям, но сложности в том что во первых чаще всего приходится сталкиваться с расчетом не стекла, а стеклопакета, а во вторых в сопромате описан только расчет пластины прямоугольной формы.

Такие новости узнаю! Оказывается расчета круглых пластин в сопромате НЕТ. 🙂
[IMG]http://s42.***********/i097/0908/42/2839aaaef664.jpg[/IMG]
Страница из книги К.Г. Чижевский «Сопротивление материалов» Издательство: Л.: Машиностроение 1977
Если не устроит смотрите здесь ну или здесь

Коллеги, зачем изобретать велосипед?

Для «ручного» счета есть давно известные решения Тимошенко, Маркуса, Баха, Вигена, Вольмира. Проблема в том, что решения получены только для прямоугольных или круглых пластин опертых по контуру. Профессор Зубков В.А. руководитель лаборатории Самарастройиспытания провёл ряд экспериментов в результате которых показал, что вышеназваные решения дают большую погрешность (в сторону завышения) при больших прогибах стекла относительно его толщины. Он предлагает свою методику расчета (опять же прямоугольных, опертых по контуру пластин), которая лучше сходится с результатами эксперимента.

Что делать если не стекло, а стеклопакет? Берём уже названную инструкцию СН 481-75 и приводим нагрузку на стеклопакет к нагрузке на стекло. Там все очень доступно написано. Правда внимательно смотрим на ограничения по размерам стеклопакета, соотношению сторон, типу и толщине стекла. Если что-то нарушили, то расчет неверен ибо методика уже «не канает».

Что делать если опирание и форма стекла/стеклопакета произвольная? Ну тады два пути:
1. Если вы аспирант и это ваш «кирпич» можете решить вручную
2. Если вы проектировщик — смотрите в сторону КЭ программ.

Можно считать в Лире. НО:
1. Для обычных строительных конструкций надо использовать геометрические нелинейные элементы. Если не учтёте мембранную группу усилий, то даже для обычного окошка полчите неверные результаты.
2. Сложно моделировать опирание. В идеале должна решаться контактная задача, но можно постараться обойтись и средствами Лиры, например, односторонними элементами (тип 261)
3. В такой постановке лира считает долго. На простое прямоугольное стекло порядка 10-15 мин.

В итоге рядовой конструктор вряд ли будет этим заниматься. Слишком много времени занимает моделирование даже простого стёклышка. Да и вероятность неверного результата очень велика. Где то что-то недопонял, галочку забыл и . опа.

А что делать если требуется посчитать стеклопакет с учетом давления газа, температурных воздействий, динамики (например, падение тела или взрыв), опирание на спайдеры и пр.? А хочется учесть работу соединительного слоя в многослойном стекле (триплексе)?

Сразу скажу наших норм нету. У нас на дворе 75-й год видимо. 🙂 Придётся ориентироваться на международные нормы, а для расчета использовать КЭ проги посерьёзней, типа ансиса. Если ансис дорого и сложно то можно SJ Mepla.

По последней ссылке можно скачать полнофункцианальную версию, но срок работы ограничен 2-мя неделями.

Сообщение от :
Можно считать в Лире. НО:
1. Для обычных строительных конструкций надо использовать геометрические нелинейные элементы. Если не учтёте мембранную группу усилий, то даже для обычного окошка полчите неверные результаты.
2. Сложно моделировать опирание. В идеале должна решаться контактная задача, но можно постараться обойтись и средствами Лиры, например, односторонними элементами (тип 261)
3. В такой постановке лира считает долго. На простое прямоугольное стекло порядка 10-15 мин.

А зачем геометрически нелинейные расчеты? Почему просто в линейке не посчитать как пластину, шарнирно опертую по контуру. Надо только знать физические характеристики стекла. Оно работает линейно, закреплено не жестко, в своей плоскости стекла никогда не закреплены, да и пакеты тоже просто штапиками крепятся, откуда возьмутся мембранные усилия? Ну стеклопакет можно считать закрепленным жестко. Но зачем односторонние связи, нелинейность? Зачем так усложнять?

Сообщение от Vavan Metallist:
сча попробовал, вынужден с вами согласится, действительно я неправ в п.16 практически во всех тезисах. Тоненькая пластинка без учета мембранных напряжений (они в данном слдучае в ЛИРЕ вылавливаются геометрической нелинейностью) получает огроменные перемещения.

Сообщение от Vavan Metallist:
Единственно не согласен, что всегда нужно принимать контактную задачу для моделирования опирания. Чистый шарнир — в запас

В запас-то оно, конечно, в запас. Но. Даже для свободноопёртого по контуру стекла прямоугольной формы есть такой эффект: уголки его при деформировании приподнимаются. Это подтверждает эксперимент. Если запретить их пермещение из плоскости стекла, то получаем частичное «защемление». В окресности угла программа выдаст большой скачёк эпюры напряжений с изменением знака, чего в жизни не происходит. Этот эффект тем более заметен, чем больше прогиб. Поэтому приходится геморроиться с односторонними связями. А если надо крепление на спайдерах посчитать, или зажимы всякие? Там ведь прокладочки всякие применяются и форма разная и т.д. и т.п. Всё это влияет на характер НДС стекла и должно учитываться

Сообщение от Vavan Metallist:
ЗЫ: для себя уяснил: стекло считать не умею, лучше пусть этим занимаются специализированные организации. Я их спрошу

Это правильно. Специализация — двигатель прогресса. 🙂 Только тут тоже есть подводные камни. По личным наблюдениям, большинство конструкторов из общестроя мало знакомы с особенностями светопрозрачных конструкций. В светопрозрачке же конструктора в основном пришлые из машиностроения, радиоэлектроники и т.п. Они себя мягко говоря «неуверенно чувствуют» в строительных расчётах. В итоге получается, что найти нормальных спецов по стеклу очень трудною
Во избежание недоразумений — сам себя спецом я пока не считаю.

Расчет толщины стекла в стеклопакете

Внешний вид окна играет важную роль, как при покупке, так и в процессе эксплуатации, поэтому основным критерием его качества для покупателя является отсутствие видимых недостатков. Среди подобных дефектов наиболее распространены прогибы стекла в пакете и образование так называемых «линз». Как правило, они проявляются уже после покупки – при первых морозах или перепадах атмосферного давления.

Объясняется это явление просто. Стеклопакет, соответствующий ГОСТ, является герметичной конструкцией, и объём газа внутри него изолирован от внешней среды. При любом изменении внешнего атмосферного давления, понижении или повышении температуры, объём газа внутри пакета изменяется, стёкла при этом прогибаются – стеклопакет начинает «дышать».

Строго говоря, идеально ровным стеклопакет может быть только после выхода с хорошей сборочной линии. Или при полном соответствии температуры и атмосферного давления тем значениям, которые были на момент его сборки. Во всех остальных условиях прогибы стёкол всегда присутствуют в той или иной степени, и это нормальное явление.

Причина чрезмерных прогибов – тех самых, которые приводят к образованию «линз», слипанию стёкол, разгерметизации и разрушению стеклопакетов, – в использовании стекла недостаточной толщины. Как правило, это следствие ошибки в расчётах, которую допустил продавец в попытке удержать покупателя любой ценой и заключить сделку «здесь и сейчас». В результате, в стеклопакет «чуть больше стандартного» установили стекло толщиной 4 мм. Считается, что прогибам более подвержены внешние стёкла в стеклопакете, что конечно же неверно – просто прогибы внутренних стекол пакета гораздо менее заметны снаружи. Особенно красочно выглядят «линзы» на внешних стеклах с повышенной зеркальностью (с коэффициентом отражения видимого света 25…30% и выше).

Наиболее склонны к чрезмерным прогибам большие стеклопакеты квадратной формы (со стороной от 1 метра) с толщиной стекла 4 мм, которое в таких размерах легко гнётся.

Последствия недостаточной толщины внешнего стекла.

Потенциальные последствия, к которым приводит недостаточная толщина внешнего стекла:

• некрасивая «линза» на стеклопакете, «кривое» отражение
• слипание стёкол в одной или в обеих камерах стеклопакета
• разгерметизация стеклопакета
• разрушение стеклопакета

Разрушение стеклопакета от климатической нагрузки.

В стеклопакетах вытянутой формы (с соотношением сторон 2:1 и более) стекла менее гибкие, нежели в стеклопакетах квадратной формы, и они меньше склонны к образованию «линзы». Однако они так же подвергаются нагрузке при изменениях атмосферного давления и температуры. При неблагоприятном сочетании этих факторов нагрузка на стёкла вырастает до такой степени, что стёкла лопаются, оставляя рисунок характерной формы. Именно поэтому в пункте 4.6 ГОСТ не рекомендуется изготовление стеклопакетов с соотношением сторон более 3:1 без проведения прочностных расчетов.

Фото стеклопакетов, лопнувших от климатической нагрузки:

Рекомендации ГОСТ по прогибу стекол в пакете

ГОСТ 24866-2014 «Стеклопакеты клееные. Технические условия» приводит следующие рекомендации: «… При наиболее неблагоприятном сочетании воздействующих на стеклопакеты факторов прогиб листовых стекол не должен превышать 1/250 наименьшей стороны или ½ ширины дистанционной рамки. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять другие требования к прогибу…» (п. 9.4) «… требования к отклонениям от плоскостности листов стекла в стеклопакете действительны при температуре воздуха (газа) внутри стеклопакета (20±4)°С и атмосферном давлении воздуха 745-760 мм рт.ст. При необходимости расширения этого диапазона температур и давлений, это должно быть учтено при расчете необходимой толщины стекол в стеклопакете…». Важно отметить, что в этом пункте допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять другие требования к прогибу. Это обусловлено тем, что зачастую стекла выдерживают нагрузку и прогибаются в одном направлении при сильных порывах ветра, что не вызывает ни слипаний, ни разрушений.

Иными словами, ГОСТ рекомендует проводить расчёты толщины стекла в пакете, позволяющие удостовериться, что при любых погодных условиях (температура, атмосферное давление) прогибы стекла при в пакете не приведут к ненормальным прогибам и его разрушению. Как это сделать?

Рекомендации по толщине стекол.

Для стандартных стеклопакетов площадью до 1.5 м2 рекомендуется применять стандартные формулы (однокамерный пакет: 4–16–4, двухкамерный пакет: 4–10–4–10–4. Если стеклопакет имеет площадь менее 0,6 м2, то не рекомендуется применять дистанционные рамки толщиной более 12 мм. В противном случае высок риск разрушения стеклопакета в зимний период. Для стеклопакетов площадь которых превышает 1,1 м2 рекомендуется применение наружного стекла толщиной 6 мм для уменьшения эффекта линзы. Для низкозеркальных стекол и покрытий (коэффициент отражения

• состав стеклопакета (толщина стекол и ширина рамок)
• размеры стеклопакета
• ветровой регион (или населённый пункт, где предполагается установить стеклопакет)
• высота установки стеклопакета
• тип закрепления стеклопакета (например – по четырем сторонам)
• плотность застройки в районе установки окна (лес, город, открытая местность или побережье) чертежи фасада здания с отметками уровня чистого пола

Для улучшения внешнего вида стеклопакета и уменьшения прогиба внешнего стекла рекомендуется применять стёкла разной толщины. Снаружи ставится более толстое стекло, внутри – более тонкое.

Расчет стекла (стеклопакета) на прогиб и прочность

Решение Навье. (книга “Пластины и оболочки”, С.П.Тимошенко и С.Войновский-Кригер, изд. “НАУКА”, Москва 1966)

Данная методика позволяет с большой точностью рассчитывать прямоугольные пластины. У нас это стекло и стеклопакеты.

Приводятся сравнительные данные, полученные в расчетной программе Sj Mepla, полученные из номограмм Сн 481-75 и расчетные данные по формулам из теории упругости.

Примечание: поперечная нагрузка q (x,y) предполагается изменяющейся по любому закону.

Решение Навье. (книга “Пластины и оболочки”, С.П.Тимошенко и С.Войновский-Кригер, изд. “НАУКА”, Москва 1966)

Данная методика позволяет с большой точностью рассчитывать прямоугольные пластины. У нас это стекло и стеклопакеты.

В нашем случае стекло расположено в системе координат X,Y,Z, Т.е плоскость стекла находится в осях X,Y а по оси Z происходит перемещение (изгиб) стекла. Заполнение установлено в фасадную систему (оконную систему), и прижато уплотнителем по периметру , снаружи и изнутри. Соответственно в данном случае мы получаем не жесткое защемление, а шарнирно-опертую пластину, прогиб которой считаем по Решению Навье.

Для практического использования данное решение удобно представить в таком виде:

Для лучшего понимания, разберу на примере.

Высота (b)=2,2м.; Ширина (a)=1,1м.;

Предварительно выбранная толщина стекла (h)=6мм 0,006м.;

Нагрузка = 12,39 кгс/м2 121,57 Па. Следовательно общая нагрузка = 121,57Па х (2,2м. х 1,1м.) = 294,2 Па.

Примечание к формулам:

1. Красным даны подсказки для тех кто забыл как происходит перемножение в ряду.

2. решение с синусами получили с помощью заранее вычисленных значений тригонометрических функции
* красным цветом выделена функция синуса

Далее подставляем рассчитанный коэфф-т “альфа” в формулу [1]:

1. Модуль упругости в разных справочниках может отличаться. К примеру в ГОСТ 111-2001 в Приложение Б (справочное), модуль упругости (модуль Юнга)=70 000 000 000Па (70 х 10^5 кгс/см2). Также и с коэфф-том Пуассона, в справочниках он равен: 0,2; 0,22; 0,23; 0,25. Но т.к, мы работаем на российском рынке, то мы должны руководствоваться на действующие в России нормативы, имеющие юридическую силу. Один из них, — СН 481-75 “Инструкция по проектированию, монтажу и эксплуатации стеклопакетов”. В формуле (8) дан модуль упругости стекла.

Есть и легче пути, например, можно было сразу взять коэфф-т “альфа” из графика:

Но всякий уважающий себя конструктор должен доверять и перепроверять, поэтому мною сделанную таблицу с вычисленными значениями, я разместил только после ручного расчета коэфф-та “альфа”. За основу данной таблицы, я взял рисунок 3.6 (стр.26) из книги “Стекло в строительстве. Свойства. Применение. Расчеты” Л.Клиндт В.Клейн. Москва Стройиздат 1981. В этом графике расчет коэфф-та “альфа” базируется на коэфф-те Пуассона=0,25. Я же взял коэфф-т Пуассона=0,23 (как кстати и в брошюре “Информация для архитекторов. Строительные конструкции — строительная физика”, компании Schueco).

Чуть ниже, рассмотрю этот пример с точки зрения допустимого напряжения при изгибе. Т.к согласно нормативным документам РФ, расчет стекла надо производить и на прогиб и рассчитывать на напряжение при изгибе.

Иногда требуется вычислить цилиндрическую жесткость пластины (отражает упругие и геометрические характеристики пластинки).

Данную величину можно вычислить по формуле:

Расчет стекла на допустимое напряжение при изгибе.

Для начала необходимо вычислить максимальные изгибающие моменты в центре стекла (пластинки).

Осталось вычислить напряжения при изгибе:

Теперь, осталось понять проходим по нормативам или же нет. Для этого открываем СН 481-75 смотрим п. 3.11, где написано: Расчетное сопротивление на изгиб, принимается равным 150 кгс/см2 – для оконного и витринного, 250 кгс/см2 – для закаленного стекла.

А это означает, что предварительно выбранная нами толщина стекла, проходит по сопротивлению на изгиб, в соответствии с Российскими Строительными Нормами.

Так же, для ускорения процесса, изгибающие моменты можно рассчитывать с помощью заранее определенных коэффициентов. Эти коэффициенты я посчитал и свел в таблицу:

Выбрав из таблицы, необходимые коэффициенты “бетта”, подставляем их в эти формулы:

и получаем аналогичные результаты как при использовании ”длинных” формул.

Product_catalog_SOFOS

Таблица ограничений по площади стеклопакетов

Таблица ограничений по площади стеклопакетов принятая на АО « СОФОС»,

является отражением практического опыта и расчетного метода определения прочности стеклопакетов.

Ширина камеры, мм

Необходимость ограничения площади стеклопакетов в зависимости от формулы возникла по причине уменьшения ширины камеры в середине стеклопакета в процессе изготовления и эксплуатации.

При изготовлении стеклопакета уменьшение камеры происходит при осушении влаги влагопоглотителем из воздуха камер стеклопакета и при уменьшении температуры окружающего воздуха.

В процессе эксплуатации в стеклах стеклопакета возникают напряжения при действии двусторонней нагрузки за счет изменения атмосферного давления и температуры воздуха, действие такой

нагрузки вызывается изменением давления в воздушной прослойке при изменении температуры воздуха или атмосферного давления.

При этом происходит выравнивание давления снаружи и внутри стеклопакета за счет изменения объема воздушной прослойки.

Стекла стеклопакета изгибаются, а создаваемое в них напряженное состояние является предпосылкой для возникновения трещин.

При понижении температуры во внутренней камере (при охлаждении стеклопакета) ее объем будет уменьшаться, стекла будут выгибаться во внутреннюю полость, что может вызвать «схлопывание» стеклопакета.

Следует отметить, что разрушение стеклопакетов при «зимних» монтажах является достаточно распространенным явлением, в связи с чем производители не рекомендуют осуществлять монтаж при температуре наружного воздуха ниже -15°С, помещение ниже 5°С.

При уменьшении ширины камеры в центральной зоне стеклопакета до соприкосновения стекол между собой происходит образование радужных пятен и последующее разрушение стеклопакета.

Данная таблица применима только для стеклопакетов прямоугольной формы.

При определении допустимости изготовления стеклопакета необходимо определить площадь стеклопакета и произвести расчет по наименьшей камере и наименьшей толщины стекла.

После чего установить из таблицы максимально допустимую площадь при заданной ширине камеры и марке стекла и сравнить с ранее посчитанной площадью.

Допустимой считается площадь меньшая или равная табличным значениям.

Так как нет возможности в сжатые сроки рассчитывать индивидуально каждый заказ на ветровую и климатическую нагрузку, были приняты поправки на этот счет.

Мы не можем контролировать, в каких условиях будет происходить монтаж (атмосферное давление, температура, высота монтажа, окружающие здания и т.д.) и эксплуатация стеклопакета (отапливаемое или не отапливаемое помещение).

Согласно ГОСТ 24866-2014 П.П. 9.3 и 9.4. п ри заказе стеклопакетов заказчик должен предусмотреть условия эксплуатации стеклопакетов и воздействующие на них эксплуатационные нагрузки, в том числе ветровые, тем­пературные, перепады давления и другие, возникающие из-за условий эксплуатации в конкретных строительных конструкциях.

Выбор конструкции стеклопакета осуществляется заказчиком (проектировщиком), исходя из расчетных значений эксплуатационных нагрузок.

Created with the Personal Edition of HelpNDoc: Easily create PDF Help documents