Армування в ПВХ-профілях: що таке армуючий профіль і який він буває

Для забезпечення міцності віконні ПВХ-профілі обов’язково підсилюють вставками з оцинкованої сталі. Форма сталевого армування значно впливає на жорсткість конструкції та область її застосування. Нижче наведено основні типи армувального профілю за формою: від відкритих (Г-, П-, Z-подібних) до замкнутих (контурних О-подібних і багатокутних) перерізів, з їх характеристиками, особливостями використання, вимогами до товщини й оцінкою переваг та недоліків.

Що таке армуючий профіль?

Армуючий профіль — це внутрішній сталевий елемент, що вставляється в ПВХ-профіль для зміцнення пластикової конструкції та забезпечення її стійкості.

Металеве армування зазвичай виготовляється з оцинкованої сталі та монтується всередині рами або стулки вікна. Його основне призначення — забезпечувати жорсткість і геометричну стабільність конструкції, запобігаючи деформаціям під впливом навантажень, температурних змін чи вітру. Армування має різні форми (Г-, П-, О-подібне тощо) і підбирається відповідно до вимог віконної системи, а не лише за її шириною чи кількістю камер.

Г-подібне армування (L-подібний профіль)

Геометрія

Сталевий профіль, вигнутий під прямим кутом у формі літери “Г” (L), має дві перпендикулярні полиці, утворюючи кутовий (“L”-подібний) переріз. Така відкрита (незамкнута) форма охоплює стінки ПВХ-профілю з обох боків.

Основне застосування

Цей профіль переважно використовується в економ-сегменті вікон або у невеликих рамах, де не потрібна висока жорсткість. Його встановлюють у рами чи стулки малої ширини, коли немає можливості використати ширший П-подібний профіль. Найчастіше зустрічається у вікнах невеликого розміру, фрамугах, а також іноді в дверних імпостах або інших елементах, де достатньо мінімального підсилення.

Рівень жорсткості

Забезпечує базову згинальну жорсткість у площині кутика, але поступається профілям із ширшим контуром. Відкритий Г-подібний переріз має меншу крутильну жорсткість, тобто гірше протистоїть скручуванню, ніж П-подібні чи замкнуті профілі. Загалом усі відкриті (незамкнені) форми армування мають обмежену жорсткість і значно поступаються замкнутим профілям.

Мінімальна товщина сталі

Відповідно до будівельних норм, товщина сталевого вкладиша має бути не менше 1,5 мм чи 2,0 мм або більше. Для Г-подібного профілю, як і для інших типів, мінімальна товщина 1,2 мм допускається лише для дуже малих нерухомих (глухих) вікон. На практиці рекомендується використовувати товщину 1,5 мм, оскільки тонший метал значно знижує і без того невисоку жорсткість кутикового армування.

Переваги

Цей профіль легко виготовляється шляхом згинання сталевої смуги та має нижчу ціну завдяки меншій кількості металу. Його зручно вставляти у вузькі камери. Профіль ідеально підходить для здешевлення конструкцій при невеликих навантаженнях.

Недоліки

Армування з найнижчою торсійною (крутильною) жорсткістю — профіль може деформуватися під навантаженням. Має менший опір до прогину у напрямку відкритого боку. Не підходить для великих вікон або дверей, оскільки призведе до провисання стулок і деформації рами.

Використання

Г-профіль здебільшого використовується у бюджетних профільних системах або в старіших 3-камерних профілях з невеликою монтажною шириною. У сучасних стандартних, а тим більше енергоефективних системах, він майже не застосовується, оскільки виробники надають перевагу більш жорстким П-подібним вставкам. Г-профіль є мінімальним варіантом армування для найдешевших конструкцій.

П-подібне армування (U-подібний профіль)

Геометрія

П-подібний профіль, який нагадує латинську "U"-форму, складається з трьох частин: основи та двох паралельних полиць, що разом утворюють П-подібний канал. Цей профіль відкритий з одного боку і вставляється в середню камеру ПВХ-профілю, охоплюючи її з трьох сторін.

Основне застосування

Це найпоширеніший тип армування для пластикових вікон. Його використовують у рамах і стулках стандартних вікон, балконних дверей, розсувних систем тощо. Такий тип армування забезпечує достатню міцність для більшості стандартних розмірів вікон, тому його встановлюють у стандартних профільних системах середнього цінового сегмента, а також у багатьох преміальних, якщо це дозволяють розміри. Для дверей і вікон великих розмірів використовують посилені П-профілі збільшеного перерізу.

Рівень жорсткості

П-подібне армування значно підвищує стійкість профілю до вигину в обох напрямках – такий переріз працює подібно до сталевого швелера. Жорсткість на кручення краща, ніж у Г-профілю, але все ще обмежена через відкриту форму контуру. Виробники широко застосовують саме відкриті (П- або Г-подібні) профілі, ппри на їхні недоліки щодо жорсткості, головним чином з технологічних і цінових причин.

Мінімальна товщина сталі

Рекомендована товщина оцинкованої сталі складає 1,5 мм (саме такої товщини дотримуються провідні бренди, наприклад, REHAU вимагає не менше 1,5 мм у своїх вікнах). Для невеликих світлопрозорих конструкцій допустима мінімальна товщина 1,2–1,4 мм, але для несучих елементів (стояків, імпостів, дверних стулок) часто використовують 2,0 мм. Для великих дверних систем іноді застосовують товщину навіть 2,5–3 мм.

Переваги

Універсальний та збалансований за жорсткістю профіль при відносно малій вазі. П-подібний канал легко виготовляється шляхом згинання; він дешевший за замкнені труби, але значно підсилює конструкцію. Забезпечує надійну основу для кріплення фурнітури (саме до полиць цього профілю закручуються шурупи для петель тощо). Підходить для більшості вікон – оптимальне співвідношення ціни та жорсткості.

Недоліки

Відкрита сторона каналу залишається вразливою – при значних навантаженнях можливе скручування профілю. У випадку високих рам або широких стулок П-профіль може не забезпечити достатньої жорсткості, що призводить до прогину центральної частини елемента під вітровим навантаженням. Для підвищення жорсткості доводиться збільшувати товщину сталі або переріз, що, у свою чергу, підвищує вагу конструкції.

Типові системи

Практично усі стандартні ПВХ-системи (3–5 камер, монтажна глибина приблизно 58–70 мм) використовують П-подібне армування як основний елемент. У бюджетних системах товщина каналу може становити 1,2 мм, а у якісних – 1,5 мм і більше. В енергоефективних профілях із 6–7 камерами також застосовується П-профіль, хоча іноді його поєднують зі складнішими формами (додаткові ребра або часткове замикання контуру) для підвищення міцності.

Z-подібне армування (також G-подібне)

Геометрія

Z-подібний профіль виглядає як зміщений кутик: дві полички розташовані у різних площинах, створюючи зигзагоподібний переріз, схожий на літеру Z. Це різновид відкритого армування з двома згинами, спрямованими у протилежні сторони. Іноді таку асиметричну форму називають G-подібною.

Основне застосування

З-подібне армування використовується рідше і зазвичай зустрічається у спеціалізованих профілях, де необхідно змістити металевий вкладиш відносно центру камери. Наприклад, у вузьких рамах або стулках одна полиця армування розташовується ближче до зовнішньої стінки, а інша — до внутрішньої, що дозволяє збалансувати міцність конструкції. Таке армування також застосовується у розсувних системах або дверях, коли профіль вимагає нестандартної форми вставки.

Рівень жорсткості

За здатністю витримувати навантаження Z-профіль займає проміжне положення між Г- та П-подібними профілями. Завдяки двом вигинам він краще працює на вигин у різних площинах, ніж простий кутник, а також дещо краще протидіє крученням. Проте, оскільки він залишається відкритим профілем, його торсійна жорсткість значно нижча у порівнянні із замкнутими контурами. Виробники вікон розглядають його як спеціалізоване рішення, оскільки стандартні відкриті профілі вже недостатньо жорсткі.

Мінімальна товщина сталі

Вимоги такі ж, як і для інших відкритих типів – не менше ~1,5 мм для відповідальних елементів. Z-армування зазвичай виготовляється з того ж сталевого штабу, що й П-подібне, тому доступні товщини становлять 1,2; 1,5; 2,0 мм. Для забезпечення стабільної форми рекомендується використовувати товщину 1,5 мм і більше. Тонкий метал 1,0–1,2 мм можливий лише для дуже малих вікон.

Переваги

Дозволяє налаштувати розташування армування відповідно до конструкції профілю – полички Z-профілю можна розмістити там, де це найбільш ефективно для несучої здатності. Це забезпечує кращий баланс жорсткості між шириною і глибиною рами. Додатковий згин також підвищує загальну пружність конструкції більше, ніж простий кутник.

Недоліки

Виготовлення цього профілю складніше, оскільки потрібно зробити два згини, і він може коштувати дорожче, ніж Г- або П-профіль. Через нестандартну форму його складніше автоматично шинувати під час виробництва. Не всі системи допускають використання Z-армування — це скоріше виняток. Якщо встановити профіль з неправильною орієнтацією, його жорсткість може знизитися.

Типові системи

Z-подібне армування зазвичай використовується у спеціальних профілях або в розширювачах і сполучниках, коли необхідна нестандартна форма. У масових віконних системах воно не є типовим. Деякі виробники можуть застосовувати його у підсилених версіях стандартних систем, наприклад, для підвищення стійкості до вітрових навантажень у певних конфігураціях рам. В елітних енергоефективних системах Z-профіль майже не використовується — там переважно використовують замкнуті контури.

О-подібне (контурне, замкнуте) армування

Геометрія

О-подібним називають замкнутий по контуру профіль, який зазвичай має прямокутну форму (сталевий короб). Такий армуючий профіль утворює повністю замкнуту раму в перерізі – чотири стінки без відкритих сторін, тобто фактично це сталева труба прямокутного перерізу. Розміри труби підбираються відповідно до внутрішнього контуру камери ПВХ-профілю.

Основне застосування

Замкнутий контур застосовується для максимального підсилення конструкцій. О-подібне армування встановлюють у великогабаритні вікна, вітражі, фасадні елементи, а також дверні профілі (особливо вхідних дверей), де навантаження є найбільшими. Його часто використовують у системах панорамного скління та розсувних дверях, щоб рами не прогиналися під вагою склопакетів. У звичайних вікнах замкнене армування майже не застосовується через високу вартість і складність, але воно може бути присутнім у деяких преміальних серіях для пасивних будинків.

Рівень жорсткості

Найвищий серед усіх типів. Повністю замкнутий сталевий профіль діє як цільна труба, забезпечуючи значно більшу вигинальну та крутильну жорсткість у порівнянні з відкритими П- або Г-профілями. Дослідження показують, що напруження в стінках замкнутого профілю під навантаженням у кілька разів менші, а крутильна жорсткість може бути в десятки разів вищою, ніж у подібних відкритих профілів. Така конструкція мінімізує деформації рами навіть за екстремальних навантажень.

Мінімальна товщина сталі

Оскільки замкнутий профіль має високу жорсткість, іноді можна використовувати товщину 1,5 мм і досягти кращого результату, ніж із відкритим профілем товщиною 2 мм. Однак у критичних випадках зазвичай застосовують товщину 2,0 мм і більше, щоб максимально підвищити модуль пружності конструкції. У масових системах замкнуте армування майже не регламентується стандартами (вони встановлюють мінімум 1,5 мм, але на практиці для замкнутого профілю використовують більшу товщину). Деякі виробники застосовують дуже товсте армування 2,5–3 мм у найбільш відповідальних вузлах, оскільки жорсткість зростає пропорційно товщині та формі профілю.

Переваги

Максимальна міцність і довговічність. Замкнутий контур запобігає скручуванню профілю та забезпечує стабільність геометрії вікна або дверей протягом багатьох років. Це дозволяє виготовляти дуже великі вікна чи двері, які витримують сильні вітрові навантаження без провисання. Крім того, конструкція сприяє кращому приляганню стулок (менше деформацій – краще ущільнення). Сталевий короб також позитивно впливає на теплоізоляцію, оскільки менше деформується від температур і зберігає герметичність.

Недоліки

Складність виготовлення та висока ціна. Суцільний замкнутий профіль коштує приблизно на 30% дорожче у виробництві у порівнянні з відкритим, потребує більше металу та часто додаткового зварювання шва. Його складніше інтегрувати у процес екструзії пластику: стандартні лінії розраховані на вставляння відкритого профілю, а для труби може знадобитися інша технологія. Через більшу вагу транспортування та монтаж вікон стають складнішими. Сталева «труба» зменшує корисний об’єм камери й може дещо погіршувати показники теплоефективності профілю (метал всередині рами).

Типові системи

Замкнуте О-подібне армування використовується у преміальних та інженерних системах. Наприклад, у профілях для пасивних будинків, розрахованих на потрійні склопакети та великі прольоти, виробники можуть пропонувати контурне армування як опцію. У стандартних вікнах 58–70 мм воно майже не застосовується, оскільки відкритого армування достатньо для забезпечення необхідної міцності. Таким чином, замкнутий профіль є характерною рисою енергоефективних і спеціальних систем (панорамні фасади, двері підвищеної міцності, протизламні вікна тощо).

Багатокутне армування

Геометрія

Багатокутним називають армування складної форми з кількома кутами згину (більше, ніж у P- або Z-профілі). Наприклад, це може бути профіль з додатковими відворотами полиць (на кшталт “Ω”- чи “Σ”-подібних перерізів) або нестандартна контурна форма, наближена до замкнутої. Такий профіль має багато граней, утворюючи полігональний переріз, який максимально заповнює внутрішню камеру рами.

Основне застосування

Багатокутні профілі використовуються у високотехнологічних віконних системах у випадках, коли стандартний П-профіль не забезпечує достатньої жорсткості, але виробник не бажає застосовувати окремий замкнутий вкладень. Завдяки здатності точно повторювати форму внутрішньої порожнини рами, багатокутні профілі встановлюють у 6-8-камерні широкі профілі для зміцнення конструкції без втрати теплоізоляційних властивостей. Їх також використовують, коли потрібен компроміс: забезпечення жорсткості, наближеної до замкнутої, але з меншими витратами.

Рівень жорсткості

Завдяки численним ребрам жорсткості багатокутні форми мають підвищену міцність. Якщо профіль майже замкнутий (полички загнуті всередину і залишається лише невеликий зазор), його крутильна жорсткість майже дорівнює жорсткості замкнутого контуру. Теоретично, чим більше граней і згинів, тим більший момент інерції перерізу. Тому багатокутне армування перевершує просте П-подібне за стійкістю до прогину. Дослідження показують, що навіть часткове замикання контуру (наприклад, із залишенням щілини) значно підвищує опір скручуванню.

Мінімальна товщина сталі

Зазвичай такі профілі виготовляють із високоякісної сталі товщиною не менше 1,5 мм. Використання тонкого металу недоцільне, оскільки складні форми розраховані на максимальну міцність. Часто товщина 2,0 мм є стандартом для багатокутних армувань у профілях глибиною 80–90 мм. У поєднанні з геометричним посиленням цього достатньо для витримування великих навантажень. Хоча норми визначають мінімальну товщину 1,5 мм, на практиці для таких виробів використовують товстішу сталь.

Переваги

Висока жорсткість при оптимальній вазі. Складна форма дозволяє зменшити прогини без необхідності повністю переходити на трубу. Такі армування часто розробляються для конкретного профілю, що забезпечує ідеальне прилягання та ефективну роботу. Вони покращують статичні властивості вікна, дозволяючи витримувати значні навантаження (вітер, вага склопакета) з меншою кількістю металу у порівнянні із суцільним коробом.

Недоліки

Виробнича складність. Кожен додатковий згин ускладнює процес штампування, а іноді вимагає використання спеціальних профілезгинальних верстатів. Вартість такого армування вища, ніж стандартного, і його складніше стандартизувати, оскільки воно часто є унікальним для конкретної системи. Монтаж також може бути складнішим: потрібна точна установка, щоб жоден виступ не заважав пазам для фурнітури тощо. Якщо профіль має помилки у геометрії, його неможливо використовувати універсально.

Типові системи

Багатокутні типи армування переважно використовуються у преміум-сегменті, зокрема в енергоефективних профілях 80+ мм (6-7 камер), які призначені для великих вікон. Деякі виробники створюють для своїх флагманських ліній спеціальні посилені вставки складної форми, що замінюють стандартний П-профіль. У бюджетних і середніх системах такі рішення не застосовуються — там використовують простіші відкриті або, рідше, стандартні замкнуті (прямокутні) профілі.

Замкнене армування (як концепція)

Сутність

Замкнене армування — це будь-який сталевий профіль, контур якого не має відкритих сторін, тобто утворює замкнуту фігуру (коло, прямокутник, багатокутник). На практиці це можуть бути O-подібні прямокутні вставки або профілі складної форми з майже замкнутим перерізом. Замкнене армування є більш жорстким рішенням у порівнянні з відкритим (Г-, П-, Z-подібним) армуванням.

Переваги та недоліки

Узагальнено, всі замкнуті форми значно підвищують міцність профілю – навіть частково замкнутий контур забезпечує набагато кращу жорсткість, ніж відкритий. Основна перевага – у багато разів більша жорсткість на вигин і скручування (у десятки разів) у порівнянні з відкритими профілями. Головний недолік – висока ціна і технологічна складність: такі армування значно дорожчі у виробництві та потребують складнішої інтеграції в профіль. Не всі виробники готові збільшувати собівартість профільної системи, тому замкнені рішення використовують лише там, де це виправдано вимогами.

Застосування в системах

У сучасній індустрії ПВХ-вікон переважно використовують відкриті сталеві профілі через їхню простоту та низьку вартість. Замкнене армування застосовується лише у деяких висококласних системах. Його можна знайти у пасивних віконних системах, де особливо важлива стабільність рами при великих склопакетах, у розсувних дверях великої ширини, а також у спеціальних вікнах, розрахованих на значні навантаження (наприклад, шторми, сейсмічні впливи, захист від злому). У таких випадках додаткова вартість виправдана підвищеними вимогами до надійності. В інших випадках виробники оптимізують відкрите армування (застосовують товстіший метал або додаткові ребра жорсткості), щоб покращити характеристики без переходу на замкнений профіль.

Висновок

Форма сталевого армування є важливим параметром конструкції ПВХ-вікна. Від простого Г-подібного профілю до складного замкнутого контуру – вибір визначається поєднанням необхідної жорсткості та прийнятної вартості. Для стандартних вікон зазвичай достатньо П-подібного підсилення зі сталлю товщиною близько 1,5 мм. Однак для великих або енергоефективних конструкцій потрібні більш складні рішення: багатокутні чи замкнуті армування, які забезпечують стабільність і довговічність рами навіть за складних умов експлуатації. Виробники профілів, керуючись будівельними нормами та власними ноу-хау, обирають відповідний тип армування для досягнення необхідних характеристик виробу.

Джерела

Технічні статті, нормативні дані виробників та галузеві дослідження стосуються армування ПВХ-вікон. Порівняння жорсткості відкритих і замкнутих профілів ґрунтуються на експериментальних даних, опублікованих у спеціалізованій літературі. Вимоги до товщини армування визначаються галузевими стандартами: мінімум 1,5 мм для сталевих підсилювачів (1,2 мм для малих незавантажених конструкцій) і рекомендовані значення 1,5–2,0 мм або більше для типових вікон.