DOBR MATERIAW KONSTRUKCYJNYCH Praca projektowa DRZWI ANTYWAMANIOWE Dane

DOBÓR MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH Praca projektowa DRZWI ANTYWŁAMANIOWE

Dane wyjściowe Drzwi to ruchomy element zamykający otwór w ścianie budynku, ściance mebli, karoserii pojazdu lub innej przegrodzie. Drzwi stosowane w budynkach zamykają otwory, służące do przechodzenia pomiędzy pomieszczeniami. Tego rodzaju drzwi występują w wielu odmianach, różniących się kształtem, konstrukcją i sposobem otwierania. W projekcie rozpatrywać będziemy jeden rodzaj drzwi specjalnego użycia i przeznaczenia jakimi są drzwi antywłamaniowe. Są to drzwi konstrukcyjnie wzmocnione, utrudniające ich wyważenie lub zniszczenie. Zwykle wyposażone są w zamki atestowane i elektroniczne środki sygnalizacji blokad i nieuprawnionego otworzenia. Dziedziną techniki, w której stosuje się drzwi antywłamaniowe to budownictwo. Dokładniej mówiąc drzwi są budowlanym elementem wykończenia wnętrz. Dokładnym rodzajem drzwi antywłamaniowych opracowywanych w projekcie są drzwi zewnętrzne do domów. Rodzaj produkcji: drzwi antywłamaniowe produkuje się w sposób niskoseryjny, a w pojedynczych przypadkach jednostkowy na zamówienie klienta.

Budowa drwi antywłamaniowych A. Najwyższej jakości blachy stalowe, ocynkowane. B. Stalowe żebra i pręty ze stali hartowanej. C. Szyba antywłamaniowa. D. Ozdobny panel skrzydła drzwi z witrażem. E. Zamek centralny. F. Zamki pomocnicze. G. Zamek dodatkowy. H. Bolce antywyważeniowe. I. Zawiasy. J. Pianka poliuretanowa (samogasnąca, bezfreonowa). Wymiary: - szerokość 90 cm - wysokość to 210 cm

Główne rodzaje i typy drzwi Typy drzwi dzielimy ze względu na ilość skrzydeł i sposób ich mocowania na: wejściowe wewnętrzne (klatka schodowa), wejściowe zewnętrzne (domek jednorodzinny), zawiasowe (prawe lub lewe), jednoskrzydłowe, dwuskrzydłowe, wahadłowe, obrotowe, przesuwne, składane, harmonijkowe, odstawiane od zewnątrz (za pomocą wideł, na których zawieszone są płaty), odstawiane do wewnątrz ( za pomocą wideł, na których zawieszone są płaty), odskokowo-przesuwne, rolowane, odchylane. W projekcie omawiane będą drzwi antywłamaniowe zewnętrzne do domów jako najczęściej wykorzystywane i kupowane. Ze względu na położenie w budynku drzwi dzielimy na: Wewnętrzne - umieszczone w ścianach pomiędzy pomieszczeniami, Zewnętrzne - znajdujące się w ścianie zewnętrznej i będące wejściem do budynku. Ze względu na położenie zawiasów kierunek otwierania dzielimy drzwi na: Prawe - gdy patrząc od strony, w którą się otwierają, zawiasy znajdują się po prawej stronie, Lewe – gdy patrząc od strony, w którą się otwierają, zawiasy znajdują się po lewej stronie.

Funkcje drzwi -zamknięcie pomieszczenia, w tym zabezpieczenie przed włamaniem (drzwi antywłamaniowe – czyli te, które są głównym tematem projektu) - ochrona przed wpływem warunków atmosferycznych i hałasem, -przegroda przeciwpożarowa (drzwi oddzielenia pożarowego), -funkcja reprezentacyjna, -dekoracja elewacji budynku, -nasłonecznienie pomieszczenia w przypadku drzwi przeszklonych, -zapewnienie warunków ewakuacji zwłaszcza w budynkach przeznaczonych do przebywania w nich wielu osób.

Charakterystyka warunków pracy i wymagania techniczne

a) charakterystyka i wartości obciążeń, wymagania techniczne dotyczące twardości, wytrzymałości, odporności zmęczeniowej: Drzwi antywłamaniowe powinny być przystosowane do wytrzymałości na obciążenia związane z potencjalną próbą włamania lub wyważenia, powinny neutralizować działanie większości narzędzi i działanie pojedynczego człowieka, drzwi antywłamaniowe ponadto muszą spełniać bardzo rygorystyczne normy w zakresie wytrzymałości mechanicznej (PNEN 14351 -1: 2006 oraz normy w zakresie ochrony przeciwpożarowej EI 30 oraz EI 60). Zdecydowanie drzwi antywłamaniowe powinny charakteryzować się dużymi wartościami twardości mechanicznej. Materiały wykorzystywane na części elementów budujących drzwi powinny również charakteryzować się małą plastycznością, dużą odpornością na odkształcenie, niepodatnością na wszelkiego rodzaju próby zmiany kształtu pod jakimkolwiek wpływem. Drzwi antywłamaniowe powinny mieć duże wartości wytrzymałości zmęczeniowej

b) charakterystyka środowiska zewnętrznego Frontowe drzwi antywłamaniowe działają na powietrzu, w środowisku zewnętrznym, dlatego powinny charakteryzować się wysoką odpornością na działanie warunków atmosferycznych takich jak: opady kwaśnych dreszczów, odporność na wilgoć, odporność na zmiany temperatur i szoki cieplne, odporność na korozję. c) dopuszczalne odkształcenia Drzwi podczas swojej pracy muszą znosić działanie sił i naprężeń związanych z potencjalną próbą włamania. Dlatego właśnie wymagana jest duża wartość parametru wytrzymałości mechanicznej. Drzwi nie mogą podlegać wyważeniu. W celu wyeliminowania ryzyka wyważenia stosuje się często w pobliżu zawiasów specjalne bolce antywyważeniowe. Od całej konstrukcji wymagana jest odpowiednia sztywność oraz niewielka elastyczność, która znacznie utrudnia próbę sforsowania drzwi. Drzwi antywłamaniowe muszą spełniać rygorystyczne normy antywłamaniowości, które pogrupowane są w klasy, najwyższa klasa antywłamaniowości to klasa C.

d) estetyka Zadaniem frontowych drzwi antywłamaniowych jest także pozorowanie wyglądem drzwi normalnych niewzmocnionych. Zapewnia to dobrą estetykę, a także możliwość oszukania potencjalnego włamywacza. Po drugie nie informuje włamywacza o rodzaju zastosowanych zabezpieczeń, co znacznie wydłuża czas sforsowania drzwi. Czasami od drzwi wymagana jest przezroczystość, co zapewnia się poprzez umieszczenia przeszklonych powierzchni w drzwiach. Takie rozwiązanie zwiększa znacząco koszty wykonania drzwi, ale zapewnia jednocześnie przedostawanie się promieni słonecznych do wnętrza domu. Od strony wewnętrznej drzwi antywłamaniowe powinny również spełniać subiektywne kryteria estetyczne. e) temperatura Drzwi powinny zapewniać izolację termiczną, w przypadku pożaru muszą znieść wysoką temperaturę. Pod wpływem temperatury drzwi nie powinny podlegać spaczeniu ani zmianie wymiarów. Powinny być wykonane z materiału niepalnego.

f) akustyka Drzwi powinny również izolować akustycznie obszar mieszkania od środowiska zewnętrznego. Komfort akustyczny jest ważny ze względu na dużą emisję hałasu pochodzącego ze środowiska zewnętrznego szczególnie na terenach miejskich. Izolacyjność akustyczna drzwi w dużym stopniu zależy od wypełnienia skrzydła i jego masy. Zastosowane rozwiązania technologiczno-materiałowe pozwalają na uzyskanie współczynnika izolacyjności akustycznej w granicach 47 d. B (np. drzwi z PVC z panelami wygłuszającymi; im wyższa liczba, tym lepiej). Dla porównania: współczynnik równy 27 d. B zagłusza odgłosy kąpieli. Prawidłowo wykonane drzwi powinny mieć współczynnik izolacyjności akustycznej bliski 29 d. B. g) przepuszczalność cieplna Ogólnie można przyjąć, że współczynnik przenikania ciepła U nie powinien przekraczać 2, 6 W/(m 2 K).

Wymagania techniczne i charakterystyka warunków pracy detali

a) zawiasy Od zawiasów wymagana jest cicha i lekka praca. Mile widziana jest w tym aspekcie odporność na ścieranie, ponieważ drzwi zamykane i otwierane są kilkanaście razy dziennie, co w ostateczności doprowadza do tego, że muszą one sprostać podczas swojego czasu użytkowania ogromną ilość cykli zamykania i otwierania. To właśnie zawiasy są odpowiedzialne za to, aby cała konstrukcja skrzydła drzwi została poprawnie przytwierdzona do ościeżnicy. Zawiasy podczas swojej pracy mogą wytrzymać wagę od 70 do 140 kilogramów, bo tyle ważą dobrej klasy drzwi antywłamaniowe. Dla drzwi specjalnych waga ta może jednak przekroczyć wspomniane 140 kg. Zawiasy muszą być jednocześnie tak skonstruowane, aby niemożliwe było, aby drzwi wyważyć lub wyjąć je z zawiasów. Zawiasy odgrywają więc niebagatelną rolę w budowie drzwi, w drzwiach antywłamaniowych powinny być one co najmniej trzy, większa ilość zawiasów wpływa na wzrost kosztów, ale jednocześnie znacząco wpływa na zwiększenie poziomu bezpieczeństwa drzwi. Nowoczesne zawiasy umożliwiają precyzyjną regulację położenia skrzydła drzwi w stosunku do ościeżnicy.

b) klamki Od dodatków wykańczających typu klamki i inne ozdobniki wymagana jest estetyka i wysoka gładkość powierzchni, a także ergonomia. Klamki powinny zapewniać mocny i pewny chwyt podczas otwierania i zamykania drzwi. Klamki od strony zewnętrznej znajdują się również na zewnątrz domu narażone na warunki atmosferyczne, a także po obu stronach na ciągłe intensywne użytkowanie poprzez dotyk ludzkiej ręki, dlatego wymagana jest duża odporność zmęczeniowa, odporność na ścieranie, ważne są także walory estetyczne.

c) uszczelki Jeżeli chodzi o element uszczelniający to stosujemy uszczelkę, której zadaniem jest izolowanie termiczne i akustyczne. d) zamki To elementy zamykające drzwi, oprócz zamka głównego w drzwiach antywłamaniowych stosuje się również zamki pomocnicze i dodatkowe. Od zamka wymagana jest sprawna praca, duża odporność na zginanie i odkształcenie plastyczne, zamek nie może się zdeformować, ponieważ nie można by go było otworzyć, rygle w zamku czyli główna część zamykając a muszą charakteryzować się dużą twardością, małą plastycznością i wytrzymałość na zmęczenie.

e) ościeżnica Jest ramą zamocowaną w wewnętrznym otworze drzwiowym, służy do zawieszenia skrzydeł drzwiowych. Wykonana może być z tworzywa sztucznego, drewna bądź metalu. Najczęściej dla drzwi antywłamaniowych wykonana jest ze stali. Kształt ma w formie rury o przekroju kwadratowym o grubości ścianki od 5 do 10 milimetrów. Profile ościeżnic powinny być wykonane z metalu i najlepiej gdy będą głęboko zakotwiczone w murze – wmurowane lub wkręcone. Twardość materiału z którego może być zrobiona ościeżnica musi być znacznie większa od twardości wierteł i innych narzędzi tnących. Ościeżnica jest elementem, który również chroni przed włamaniem, dlatego jej twardość również ma znaczenie w konstrukcji.

Materiały i proponowane rozwiązania materiałowe

Ościeżnica (futryna) Uznaliśmy, że rodzajem stali, z której wykonana może być ościeżnica, uwzględniając wymagania materiałowe stawiane wyrobowi, może być stal nierdzewna o podwyższonej odporności na temperaturę oraz podwyższonej twardości. Jedną ze stali, która może spełniać wymienione własności jest stal nierdzewna ferrytyczna AISI 444 o wytrzymałości na rozciąganie 415 MPa, granicę plastyczności 275 MPa i wydłużenie 20 %. Jednak stalą, która spełniałaby nasze oczekiwania najbardziej i którą wybieramy do projektu jest stal AISI 630, jest ona stalą nierdzewną utwardzaną wydzieleniowo: zawiera 0, 07% węgla, 16% chromu, 4% niklu, 0, 6% molibdenu, 4% miedzi, 0, 3% niobu. Jej wytrzymałość na rozciąganie wynosi 1000 MPa, wydłużenie jedynie 16%, odporność na pękanie wynosi 720 MPa, natomiast twardość średnio kilkaset jednostek HB. Z tego samego materiału powinno zrobić się zakotwiczenia, których zadaniem jest przytwierdzenie ościeżnicy do muru. Dla lepszych właściwości estetycznych można ościeżnice laminować ozdobną folią PVC z antyzadrapaniową powłoką ochronną.

Zawiasy Uwzględniając potrzeby stawiane elementowi, jeśli chodzi o zawiasy zastosowalibyśmy stal kwasoodporną AISI 304. Jest to stal odporna na czynniki zewnętrzne spełniająca warunek nierdzewności. Jest to materiał niezwykle twardy i trudnoobrabialny, dlatego potencjalne przewiercenie zawiasów w tym przypadku przez przestępcę zwykłym wiertłem ze stali narzędziowej jest niemożliwe, jest odporna na korozję w środowisku atmosferycznym, wody naturalnej, roztworów alkalicznych, niektórych kwasów organicznych i nieorganicznych Stosowany, gdy nie ma dużego zagrożenia ze strony działania kwasów. Skład chemiczny: C < 0, 03%; Si < 1, 0%; Mn < 2, 0%; P < 0, 045%; S < 0, 015%; N < 0, 011%; Cr = 18, 0%-20, 0%; Ni = 10, 0%12, 0%. Właściwości tej stali: granica plastyczności 220 N/mm 2, twardość 200 HB, wytrzymałość na rozciąganie: 600 N/mm 2, moduł sprężystości 200 Gpa. Alternatywą dla tej stali może być stal AISI 321 o podobnych do niej właściwościach tyle że z dodatkiem tytanu, ale o mniejszej twardości 160 HB, granicy plastyczności 200 MPa i wytrzymałości na rozciąganie 600 MPa. Skład chemiczny: C < 0, 08%; Si < 1, 0%; Mn < 2, 0%; P < 0, 045%; S < 0, 015%; Cr = 17, 0%-19, 0%; Ni = 9, 0%-12, 0%; Ti < 0, 07%.

Skrzydło drzwi zbudowane jest w zależności od konstrukcji z następujących elementów: rama będąca głównym elementem całej konstrukcji skrzydła drzwi, zbudowana jest z tego samego materiału co ościeżnice czyli stali nierdzewnej AISI 630, ma kształtownika o grubości od 3 do 5 mm, obok ramy znajdują się pręty, które jako najtwardszy element stanowiący swoisty fundament i ożebrowanie drzwi, układający się w kratkę. Dlatego jedynym praktycznie materiałem, z którego wytwarza się pręty w drzwiach antywłamaniowych jest hartowana stal o twardości 60 HRC. Do naszego projektu zastosowaliśmy na pręty wysokiej klasy stal konstrukcyjną na elementy budowlane C 55 E. Spełnia ona najlepiej wymagania twardości i własności mechanicznych. Twardość po hartowaniu może wynosić 62 HRC. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi 1200 N/mm 2. Inną stalą mogącą znaleźć zastosowanie jako wzmocnienie skrzydła drzwi 50 HS o właściwościach: twardość 60 HRC po hartowaniu, wytrzymałość na rozciąganie 1300 MPa i granicę plastyczności 1200 HRC. Jako tę o większej wartości twardości wybieramy jednak stal C 55 E. Pręty stalowe znajdują się oczywiście wewnątrz skrzydła drzwi. Hartowana stal pozwala na utrzymanie dużej sztywności i małej elastyczności drzwi, utrudnia to znacznie włamanie i absorbuje część naprężeń i wywołanych siłami włamania, między ramą i prętami znajduje się materiał termoizolacyjny o właściwościach tłumiących dźwięk, materiał taki powinien być niepalny i odporny na działanie wysokich temperatur.

Skrzydło Możliwymi stosowanymi obecnie materiałami termoizolacyjnymi są pianka poliuretanowa, wełna mineralna oraz styropian o zmodyfikowanych właściwościach, w naszej konstrukcji ze względu na najlepsze właściwości akustyczne i izolacyjne stosujemy piankę poliuretanową, koszty pianki są jednak nieco wyższe niż wełny czy styropianu, mimo to zdecydowaliśmy się na jej zastosowanie ze względu na lepsze parametry wytrzymałościowe i ciężar, wełna i styropian są lżejsze i bardziej miękkie. Na to wszystko przykrywamy blachę stalową grubości od 1, 5 do 3 mm. Czasem stosuje się kilka takich arkuszy, blach takowe otrzymuje się w procesie walcowania na zimno lub na gorąco. Ze względu na lepsze właściwości wytrzymałościowe wybieramy blachę o stali X 19 Ni. Cr. Mo 4 o grubości 2 mm. Stal ta jest stalą narzędziową odporną na działanie niskiej temperatury hartowaną w wodzie lub oleju o twardości po obróbce cieplnej 58 HRC. Dla lepszego wrażenia estetycznego ta najwyższej jakości blachę pokrywa się jeszcze panelami dekoracyjnymi MDF laminowaną tworzywem sztucznym folią dekoracyjną. W ofertach współczesnych firm istnieje wiele kolorystycznych możliwości dobrania koloru drzwi.

Bolec przeciwwyważeniowy Stały bolec przeciwwyważeniowy jest uzupełnieniem rygli ruchomych w konstrukcji drzwi. Bolce takie wsadza się w ramę. Nawet takie prymitywne zabezpieczenie utrudnia wyważenie drzwi od strony zawiasów. Bolce takie muszą opierać się momentowi ściskającemu. Dobrym materiałem na wykonanie tej części jest stal maszynowa 38 SMn. Pb 28 o wytrzymałości na rozciąganie 1000 MPa przeznaczona do wykonywania klinów wpustowych.

Rygle w części zawiasowej do drzwi, jeden składa się z kilku uruchamianych centralnym zamkiem. Ilość rygli waha się w granicach od 4 do 14, dla zminimalizowania kosztów w naszym zamku umieściliśmy 6 rygli, materiałem z którego zbudowane są rygle to stal nierdzewna. Konkretnie ze stali nierdzewnych wybraliśmy stal nierdzewną martenzytyczną X 39 Cr. Mo 17 -1. Jej własności to: twardość 280 HB, wytrzymałość na rozciąganie 900 N/ mm 2 . Rygle mają przekrój kołowy i najczęściej średnicę 14 mm.

Klamka Element ten może być wykonany z różnorodnych materiałów: nikiel, mosiądz, brąz, nierdzewna stal, najważniejszymi elementami, które braliśmy przy doborze materiału na klamkę było kryterium niekorozyjności, odporności na zmęczenie i ścieranie oraz estetykę. Wybraliśmy mosiądz jako ten który najlepiej spełnia podane warunki. Technologia wykonania: uchwyt i korpus z mosiądzu odlewanego ciśnieniowo, sprężyny ze stali nierdzewnej. Trzpień kwadratowy ze stali ocynkowanej.

Zamek Ważnym elementem drzwi antywłamaniowych jest atestowany, wpuszczany zamek centralny z wymienną wkładką, o klasie odporności C. Jego głównym zadaniem jest uruchomienie rygli wysuwających się w różnych kierunkach. Zamek od zewnątrz powinien być zabezpieczony osłonkami z mocnej stali, które uniemożliwią jej przewiercenie, stalą ta jest ta sama stal. Dodatkowo można zamontować zamki pomocnicze. Wierzchni zamek powinien mieć odlewany korpus i zaczep, a wkładkę bębenkową zabezpieczoną przed przewierceniem. Klucz powinien mieć zastrzeżone kopiowanie i jak największą liczbę kombinacji kodu. Dzięki temu będziemy mieli pewność, że nikt nieupoważniony nie będzie mógł dorobić klucza.

Uszczelka Do wykonania naszej uszczelki użyjemy tzw. APTK jest to skrót od etylen-propylentermolymer-kauczuk. Międzynarodowa nazwa brzmi EDPM (etylen-propylendienterpolymere). Z jego chemicznego składu wywodzą się następujące właściwości: - świetna odporność na działanie ozonu - duża odporność na działanie innych czynników atmosferycznych takich jak: promieniowanie uv, wilgoć, para wodna, temperatura, itp. - zachowanie elastyczności w zakresie temperatur: -50 oc +120 oc. - odkształcenia pod wpływem ciśnienia i odporność na uderzenia lepsza niż przy polychloroprenie - brak występowania krystalizacji - dobra twardość - długi okres starzenia się - nie odbarwianie się przy zetknięciu z różnymi farbami i pvc - duża odporność na działanie kwasów, ługów i agresywnych chemikaliów - odporność na działanie środków rozpuszczalnych takich jak benzyna, węglowodany.

Normy związane z tematem projektu: PN-EN 14351 -1: 2006 – „Okna i drzwi -- Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne” EI 30, EI 60 - normy w zakresie ochrony przeciwpożarowej

Uwagi i wnioski końcowe W projekcie drzwi antywłamaniowe staraliśmy się jak najlepiej połączyć w miarę dobre wymagane własnościowe. Koszt dobrego rodzaju drzwi antywłamaniowych to ok. 2500 zł. Jednak aspekt finansowy w naszym projekcie nie zajął wiele miejsc a, gdyż materiały, z których zrobione są części drzwi są zazwyczaj podobne, a o cenie decydują głównie dodatki takie jak zamek o dużej liczbie rygli bądź sama liczba zamków dodatkowych czy obecność bolców przeciwwłamaniowych. Do każdego elementu budowy drzwi dobrany został konkretny materiał o właściwościach, które uznaliśmy za spełniające kryteria doboru.

Literatura i inne źródła informacji: - „Materiały w budowie maszyn przewodnik do ćwiczeń laboratoryjnych” Andrzej Barbacki - „Materiały budowlane” Edward Szymański - „Budowa i remont domu. Poradnik bez kantów” Witold Wrotek - www. budujemydom. pl - www. oknotex. pl - www. artsystem. net. pl - www. wikipedia. org

Dziękujemy za uwagę Eligiusz Idczak Dawid Kasprzak Karol Kwieciński