Электроприводы для окон - расчет нагрузок и необходимого усилия

Одним из главных факторов, учитываемых при выборе электроприводов, является их способность воспринимать нагрузки - необходимое минимальное усилие. Нагрузка бывает статической (вес створки) и динамической (ветровая и снеговая нагрузки). В зависимости от направления открывания оконной створки определяется минимальное усилие на открывание и закрывание.

Расчет необходимого усилия основывается на данных СНиП 2.01.07-85 и СНиП 2.03.06-85. В общем виде формула для определения необходимого усилия привода выглядит так: 

Для вертикальных окон и фрамуг:

F = (W + Wp) / 2 * S / H

Для наклонных люков:

F = (W + Sl) / 2

где:
W - вес створки, кг
S - ширина открывания, мм
Sl - снеговая нагрузка, кг
Wp - ветровая нагрузка, кг
H - высота створки, мм (для поворотных окон используется ширина створки)

Вес створки

Для сборных створок вес складывается из веса заполнения (стекла) и веса обрамления (профиля): 

W = Sc * Q * S + Wk 

где:
Sc – общая толщина стекла, мм
Q – удельный вес стеклянной пластины толщиной 1мм, кг/м² (2,5)
S – площадь створки, м²
Wk – вес каркаса створки, кг

Ветровая нагрузка

Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wр в зависимости от высоты Hi над поверхностью земли следует определять по формуле: 

Wp = Wo * k(Hi) * c 

где: 
Wо — расчетное значение ветрового давления, определяется по карте приложения в «Изменениях к СНиП 2.01.07-85» (рис. 1); 
k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты Hi, определяется по таблице 1;
c — аэродинамический коэффициент (п 6.6 СНиП 2.01.07-85).   

Рис.1 Районирование территории РФ по расчетному значению давления ветра

Таблица 1  Коэффициент k(Hi) для типов местности (СНиП 2.01.07-85)

Высота установки Hi, м	А	В	С
До 5	0,75	0,50	0,40
10	1,00	0,65	0,40
20	1,25	0,85	0,55
40	1,50	1,10	0,80
60	1,70	1,30	1,00
80	1,85	1,45	1,15
100	2,00	1,60	1,25
150	2,25	1,90	1,55
200	2,45	2,10	1,80
250	2,65	2,30	2,00
300	2,75	2,50	2,20

Типы местности:
А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
С – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м

Снеговая нагрузка

Нагрузку от веса снегового покрова Sl, требуемую для расчета усилия можно установить по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», в т.ч. по картам, вложенным в «Изменения к СНиП 2.01.07-85». 
На Рис. 2 показаны нагрузки от веса снегового покрова для расчета по второй группе предельных состояний (с коэффициентом 0,7). Cнеговая нагрузка по двум предельным состояниям приведена в таблице 2.

Рис.2 Районирование территории РФ по расчетному значению веса снегового покрова

Таблица 2  Расчетный вес снегового покрова Sg на 1 м² горизонтальной поверхности земли

Снеговые районы Российской Федерации	1	2	3	4	5	6	7	8
Sg, кПа (кг/м²)	0,80/0,56 (80/56)	1,2/0,84 (120/84)	1,80/1,26 (180/126)	2,40/1,68  (240/168)	3,20/2,24 (320/224)	4,00/2,80 (400/280)	4,80/3,36 (480/336)	5,60/3,92 (560/392)

Снижение и увеличение снеговых нагрузок, зависящих от направления ветра и угла наклона скатов, учитываются коэффициентом µ.

  С увеличением угла наклонов скатов снега на крыше остается меньше, он сползает под собственным весом. При углах скатов, равных или больше 60°, снега на крыше совсем не остается. Коэффициент µ в этом случае равен 0. При углах скатов равных или меньше 30° коэффициент µ равен 1. Для промежуточных значений углов скатов µ находится методом прямой интерполяции (усреднением). Так, например, для скатов с углом наклона 40° коэффициент µ будет равен 0,66, для 45° — 0,5, а для 50° — 0,33.

1) Наклонный люк (мансардное окно):
- габаритный размер 800*1200h
- город установки Екатеринбург
- угол наклона относительно горизонта 30 град 
- вес створки 45 кг

Екатеринбург находится в 3 снеговом районе, расчетная снеговая нагрузка 180 кг/м2. С учетом угла наклона определяем снеговую нагрузку:

Sl = 0,7 * 180 * 1 * 0.8 * 1.2 = 121 кг

F = (45 + 121) / 2 = 83 кг 

1 кг = 9,8 Н 

F = 813 Н

Для данной конструкции минимальное требуемое усилие для открывания составляет 813 Н - с учетом требований по классу защиты IP можно использовать, например, штоковый электропривод FORCE (1000 Н) или тандемную установку RACK - AUX RACK (1500 Н).

2) Вертикальное окно (фрамуга):
- габаритный размер 1200*600h
- город установки Новосибирск
- вес створки 40 кг
- высота установки 5 этаж
- открывание на 400 мм

Новосибирск находится в 3 ветровом районе, расчетная ветровая нагрузка 53 кг/м2. С учетом высоты установки (5 * 3 = 15 м) определяем ветровую нагрузку:

Wp = 53 * 0,55 * 0,8 * 0,6 * 1,2 = 16,79 кг

F = (40,00 + 16,79) / 2 * 0,4 / 0,6 = 18,93 кг

1 кг = 9,8 Н 

F = 185 Н

Для подобной фрамуги подойдут любые цепные электроприводы с усилием от 190 Н или ручные приборы BRAVO

P.S. это требуемое усилие для закрывания фрамуги (открывание происходит под действием ветровой нагрузки и собственного веса створки)