Невід’ємним елементом будь-якого вікна з ПВХ профілю є стальний армувальний профіль. Саме тому ці вікна називають метало-пластиковими. Армувальний профіль вставляється всередину великої камери основних ПВХ профілів і фіксується через кожні 25-30см за допомогою саморізів. Форма армувального профілю індивідуальна для кожного виду ПВХ профілю. Вона повинна повторювати форму камери, в яку вставляється, щоб люфт між армувальним та ПВХ профілями був мінімальним. В іншому випадку, армувальний профіль втрачає свої функції.

Армувальний профіль у вікні виконує наступні функції:

• Забезпечує міцність конструкції і дозволяє витримувати вітрові навантаження;
• Дозволяє протистояти деформації профілів внаслідок нагрівання;
• Дозволяє протистояти змінам розмірів вікон внаслідок зміни температури;
• Дозволяє витримувати вагу склопакетів.

Технічні характеристики армувальних профілів визначаються двома показниками: модуль пружності та момент інерції.

Модуль пружності, (модуль Юнга), або Е-модуль, величина постійна і індивідуальна для кожного матеріалу. Величина модуля пружності вимірюється в H/м²*l0⁶. В таблиці приведені Е-модулі різних матеріалів, що використовуються у виробництві вікон:

Як видно з таблиці, найкращий показник модуля пружності має сталь. Крім того, сталь, як матеріал, набагато дешевша ніж алюміній.
Оскільки всі армуючі профілі для всіх ПВХ профілів усіх виробників виготовляються зі сталі, то багато уваги при аналізі пропозицій різних виробників вікон саме показнику модулю пружності приділяти на варто. Інша справа з моментом інерції.

Момент інерції залежить від геометричних розмірів, форми конфігурації армуючого профілю. Величина моменту інерції вимірюється в сантиметрах в четвертому ступені (см⁴). Наприклад, профіль квадратного перетину розміром 30х30мм зі сталі товщиною 1,5мм має момент інерції 2,32 см⁴. А такий же профіль зі сталі товщиною 3мм - 4 см⁴.

Міцність конструкції і вітрові навантаження

Під дією вітру, а для м. Житомира, наприклад, вона може становити до 80 кг на кв.м. будівельні конструкції прогинаються. Згідно ДСТУ Б В. 2. 6 – 15 - 99 «Конструкції будинків і споруд. Вікна та двері полівінілхлоридні. Загальні технічні умови.», за яким ОБОВ’ЯЗКОВО сертифікуються ВСІ металопластикові вікна в Україні, максимальний прогин віконної конструкції під дією вітрових навантажень не повинен перевищувати 1/200 довжини елемента для вікон розміром до 2 метрів та 1/300 – для вікон розміром до 3 метрів. При цьому, в конструкціях з склопакетами прогин не може перевищувати 8 мм на кожен склопакет. Якщо не дотримуватися цих вимог, можливе самовільне відкривання, або випадання стулки, випадання склопакета і руйнування конструкції в цілому. Про можливі наслідки говорити не будемо… А якщо мова йде не про приватне помешкання, а, скажімо про магазин, в якому встановлені вітражі?! Тут крім дії вітрових навантажень потрібно пам’ятати і вплив людини, яка може опертися або навіть впасти на віконну конструкцію. В таких випадках пікове навантаження може значно перевищувати ті 80кг. на кв.м.

Так от. Розрахунки вітрових навантажень регламентовані в ДБН В.1.2-2:2006 «Система забезпечення надійності і безпеки будівельних об’єктів. Навантаження і впливи. Норми проектування», які є обов’язковими до виконання. Згідно цих норм, необхідно проводити статичний розрахунок для усіх будівельних елементів, в томі числі і вікон.

Оскільки віконні рами, як правило, закріплюється жорстко до стіни, то статичний розрахунок для них не проводиться. Натомість розрахунки проводяться для імпостів (горизонтальних чи вертикальних перетинок у вікні).
Розрахунок проводиться у три кроки:

• визначення вітрового навантаження для об’єкту;
• визначення необхідного моменту інерції для конкретного імпоста;
• підбір відповідного армуючого профілю для конкретного імпоста.

Вітрове навантаження вимірюється в Паскалях (Па) та визначається за тим же ДБН В.1.2-2:2006 і залежить від вітрового району України, в якому знаходиться об’єкт. Значення вітрового навантаження для району коригується декількома коефіцієнтами, основний з яких враховує висоту, на якій встановлюється вікно (чим вище, тим більше навантаження) та тип місцевості (на відкритих місцевостях, наприклад біля моря, навантаження більше ніж в центрі міста).

Момент інерції розраховується для кожного імпоста окремо за спеціальною формулою і залежить від розмірів вікна. Ми маємо спеціальне програмне забезпечення, яке дозволяє не тільки швидко і точно розрахувати необхідний момент інерції, а й оптимально підібрати відповідний армуючий профіль.

Оптимальний армуючий профіль – профіль, значення моменту інерції якого найближче підходить до розрахункового, бо «перебор» також не бажаний, оскільки веде до неоправданого удорожчання вікна.

На практиці розрахунками вітрового навантаження нехтує переважна більшість виробників вікон, з метою дати покупцеві більш дешеву пропозицію, і не буде нехтувати виробник, який працює офіційно (тобто має всі необхідні ліцензії, дозволи та сертифікати) і планує надалі працювати так само офіційно, тому що бажає уникнути різного роду «розборок». Як відомо, притягнути до відповідальності за неякісні вікна можна лише «офіційного» виробника, натомість «не офіційного» немає за що притягати, бо «офіційно» він нічого не виробляє і нікому не продає.
Звичайно, армують вікна всі, або майже всі виробники. Але питання в тому чим і як вони це роблять.

Нажаль більшість виробників економлять на всьому, в тому числі і армуючому профілі. А зекономити можна дуже просто, і так, що покупець нічого не запідозрить, спочатку. Але в процесі експлуатації спрацює народна мудрість: «Все тайне, рано чи пізно, стане явним».

Наприклад, можна замість армуючого профілю з оцинкованої сталі застосувати профіль з чорного металу. Чи стане вікно від цього менш надійним? Ні, не стане, спочатку. Але в процесі експлуатації чорний метал почне ржавіти і цим самим втрачати свій показник моменту інерції, а ще, іржа буде виступати на видимі поверхні і гарне біле вікно отримає «художній розпис» у вигляді жовтих потьоків, які не відмиваються.

Можна зменшити товщину сталі, з якої виготовляються армуючи профілі. Чи це погано? Ні, не зовсім. Але при цьому зменшиться показник моменту інерції. Тому необхідно змінювати конфігурацію армуючого профілю (наприклад, робити декілька додаткових ребер жорсткості), щоб отримати необхідне значення цього показника. Насправді цього ніхто не робить, бо тоді немає сенсу зменшувати товщину металу. Згадайте, яким був профіль для кріплення гіпсокартону 10 років тому, і яким він є зараз. Така ж ситуація і з армуючим профілем (навіть технологія виготовлення цих профілів однакова).

Можна спростити конфігурацію армуючого профілю – наприклад, збільшити радіус загину, або зменшити розмір сторони профілю. На цьому можна зекономити на ширині стрічки металу, з якої виготовляють той чи інший профіль. Чи можна це робити? Можна. Але при цьому потрібно навпаки, збільшувати товщину металу. Адже головним є показник моменту інерції профілю, а не конфігурація чи товщина металу.

Деформація профілю

Будь-які матеріали змінюють свої лінійні розміри від зміни їх температури. Наприклад, при влаштуванні бетонних підлог, необхідно робити термошви.
Профілі ПВХ не виключення. У порівнянні з деревиною або алюмінієвими профілями, ПВХ профілі мають найбільший коефіцієнт лінійного розширення. Коефіцієнт лінійного розширення у різних виробників профілю може бути різним, оскільки залежить від рецептури сировини, з якої профіль виготовляється. Різні виробники використовують різні стабілізатори та різну їх концентрацію. В якості стабілізатора використовується свинець або кальцій-цинк (детальніше про стабілізатори йтиметься у статті «Профіль ПВХ»). Крім того, профілі ламіновані плівкою «під дерево» мають більший коефіцієнт лінійного розширення ніж білі профілі. Коефіцієнт лінійного розширення вимірюється у 1/⁰С і складає для не армованого профілю, стабілізованого свинцем 80х10^-6. Це означає, що при перепаді температур в 1⁰С кожен 1мм профілю зменшиться або збільшиться на 80*10^-6мм, або кожен 1 метр – на 0,08мм.

Розмір, на який змінюється довжина профілю, залежить ще і від перепадів температури. Наприклад, взимку температура профілю рівна температурі повітря і може падати до -25⁰С, а влітку профіль нагрівається більше, ніж температура повітря, особливо ламіновані «під дерево» профілі, а також профілі у вікнах, що встановлені на сонячній стороні. Температура профілю сягає при цьому 60⁰С. Виходить, що перепад температури становить 25+60=85⁰С.

Якщо ми виріжемо профіль довжиною 1000мм в цеху при температурі 18⁰С, то взимку, при t=-25⁰С його довжина складе 1000мм-0,08х(18+25)=996,56мм, а влітку, при t=60⁰С – 1000мм+0,08х(60-18)=1003,36мм. Не важко порахувати зміну розміру, наприклад, балконної рами, довжиною 5 метрів.
З таким очевидним недоліком ПВХ профілю, особливо ламінованого темними плівками, можна боротися. Методів два:

• належне армування профілів;
• правильне проектування конструкції.

Належне армування профілів передбачає, крім розрахунків статики, спеціальний армуючий профіль для ламінованих профілів, який має більшу товщину та складнішу конфігурацію. Нажаль, такий профіль на виробляють в Україні, тому ми змушені завозити його з Німеччини.

Правильне проектування конструкції – передбачає забезпечення необхідного зазору між рамами та віконними прорізами, які при монтажі заповнюються поліуретановою піною. Піна – не жорсткий матеріал, тому вона не перешкоджає розширенню профілю. Великі конструкції (шириною понад 3 метри), крім того, необхідно розділяти на частини, які з’єднуються між собою через з’єднувач, що має можливість компенсувати зміну розмірів профілю.

Якщо знехтувати цими вимогами, то від розширення конструкції можливе руйнування склопакетів або всієї конструкції в цілому.