Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий

Авторы патента:


 

Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий включает соединительные и крепежные элементы, соединенные или при помощи деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов, или неразъемно. Узел образован двумя параллельными плоскостями: опорной базовой и дополнительной базовой, между которыми установлены неразъемно соединенные между собой прямоугольные усилители перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям. Соединительные элементы установлены на опорной базовой плоскости. А снизу на опорной базовой плоскости установлены усилительные элементы, выполненные в виде прямоугольных тетраэдров, основания которых выполнены с ней как одно целое, и соединенных неразъемно между собой прямоугольными усилителями. Дополнительная базовая плоскость образована основаниями усилительных элементов, соединенных между собой прямоугольными усилительными элементами, и гранями крепежных элементов, выполненных в виде открытой прямоугольной призмы с треугольным основанием. На базовых плоскостях элементы установлены симметрично относительно горизонтальной, вертикальной и фронтальной плоскостей симметрии, проходящими через центр узла. Крепежные, усилительные и соединительные элементы выполнены с отверстиями под крепление. В качестве соединительного элемента могут быть использованы: или квадратная металлическая труба, или балка, или деревянный брус, или швеллер. А в качестве неразъемного соединения использовано сварное соединение или литье. В результате получаем надежный простой универсальный модульный силовой узел для соединения любых быстровозводимых строительных конструкций и зданий. Снижаются материальные, трудовые и энергетические затраты при возведении строительных конструкций зданий в обычных и сейсмически неустойчивых районах. 1 н.з. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Полезная модель относится к строительству и машиностроению может быть использовано при изготовлении мобильных и стационарных зданий различного функционального назначения или иных механических конструкций.

Известен самоцентрирующийся узел соединения стыковых и перекрестных элементов сооружения каркасного типа, выполненный в виде профильной трубы прямоугольного или квадратного сечения как элемента принимающего выступающие элементы и снабженные центрирующими накладками для компенсации сборочных зазоров, при этом хомут размещен на гнездах, вырезанных на внешних ребрах профильной трубы принимающего пространства для выступающих элементов (см. патент РФ на ПМ 52032, по кл. МКИ E04B 1/38, 2007).

Недостатком данной конструкции является слабая несущая часть крепления балки, не позволяющая нести на себе основную нагрузку малоэтажных зданий. Кроме того, данная конструкция не обеспечивает удержания от диагональных и радиальных смещений при обычных нагрузках.

Известен также строительный элемент для соединения строительных конструкций, состоящий из двух гнутых, сложной формы профилей, контактирующих между собой стенками и полками. Крепление профилей осуществляют посредством отгибов, полученных при образовании отверстий на стенках одного профиля, которые в свою очередь проходят через отверстия другого профиля и завальцованы на наружной поверхности последнего (см. заявка РФ на ИЗ 2007114383, по кл. МКИ E04C 3/00, 2007).

Силовой узел, образуемый соединительными элементами данной конструкции, относится к слабым соединительным узлам, которые подвержены изгибам и деформациям при сдавливании, скручивании, сжатии, компрессионным изменениям, а также они не выдерживают длительных динамических нагрузок и воздействия высоких температур, совершенно не применимы в высотных конструкциях и в качестве несущих силовых узлов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является соединение быстровозводимых строительных конструкций, которое состоит из, по меньшей мере, двух первых крепежных элемента, каждый из которых представляет собой пластину с расходящимися концами, соединенными с вертикальной опорой, и, по меньшей мере, одного второго крепежного элемента. Второй крепежный элемент представляет собой трапециевидный лоток, открытый сверху и с одной из сторон и снабженный средствами крепления горизонтальной балки. Второй крепежный элемент соединен разъемно с вертикальной опорой и первыми крепежными элементами. В качестве крепежных элементов использованы детали с винтовой поверхностью (см. патент РФ на ПМ 99035, по кл. МКИ E04B 1/38, 2010).

Данное соединение не может быть применимо при строительстве зданий (тем более жилых и многоэтажных), оно может использоваться во временных технических конструкциях т.к. рассчитано на малые нагрузки при эксплуатации. Описанный узел не может на себе нести полную нагрузку стандартных перекрытий, в стационарных производственных и жилых зданиях за счет отсутствия как опорных, так и диагональных усилений, несущих силовых элементов узла. Само соединение рассчитано, в основе своей, на фрикционные связи, что сохраняет огромную вероятность риска проскальзывания всего узла вниз по балке при обычных статических нагрузка. Данное соединение при использовании в конструкциях зданий должно провариваться со всех сторон полностью, но и при этом теряется суть разъемности элементов, надежности и защищенности самого здания. При постоянных динамических нагрузках, больших рычагах, сейсмических сдвигах средней и большой силы, из за отсутствия больших опорных поверхностей, конструкция абсолютно не застрахована от разрыва соединительных элементов, что приведет к полному обрушению здания.

Задачей данной полезной модели является снижения материальных, трудовых и энергетических затрат при возведении строительных конструкций зданий в обычных и сейсмически неустойчивых районах, как для малоэтажных, так и для многоэтажных зданий за счет создания надежного простого универсального модульного силового узла для соединения любых быстровозводимых строительных конструкций и зданий, которое легко собирается и разбирается.

Поставленная задача решается тем, что универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий включает соединительные и крепежные элементы, соединенные или при помощи деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов, или неразъемно. Узел образован двумя параллельными плоскостями: опорной базовой и дополнительной базовой, между которыми установлены неразъемно соединенные между собой прямоугольные усилители перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям. Соединительные элементы установлены на опорную базовую плоскость. А снизу на опорной базовой плоскости установлены усилительные элементы, выполненные в виде прямоугольных тетраэдров, основания которых выполнены с ней как одно целое, и соединенных неразъемно между собой прямоугольными усилителями. Дополнительная базовая плоскость образована основаниями усилительных элементов, соединенных между собой прямоугольными усилительными элементами, и гранями крепежных элементов, выполненных в виде открытой прямоугольной призмы с треугольным основанием. На базовых плоскостях элементы установлены симметрично относительно горизонтальной, вертикальной и фронтальной плоскостей симметрии, проходящими через центр узла. Крепежные, усилительные и соединительные элементы выполнены с отверстиями под крепление.

Кроме того, в описываемом узле опорная базовая плоскость выполнена в виде восьмиугольной пластины.

А также, в качестве соединительного элемента могут быть использованы: или квадратная металлическая труба, или балка, или деревянный брус, или швеллер.

А в качестве неразъемного соединения использовано сварное соединение или литье.

Кроме того, на опорной базовой плоскости в местах установки соединительного элемента в узел установлены конусные направляющие.

А также, узел дополнительно снабжен диагональными усилителями, выполненными из металла с наконечником в форме крепежного элемента.

Все элементы узла покрыты однородным антикоррозионным и термически устойчивым материалом.

Предлагаемое техническое решение имеет существенные признаки, которые в совокупности влияют на достигнутый технический результат.

То, что соединительные и крепежные элементы установлены на опорной базовой плоскости, и что узел дополнен усилительными элементами во всех плоскостях дает:

- многократное всестороннее усиление узла во всех плоскостях;

- предотвращает от разрыва соединения в узле в любых плоскостях не зависимо от прилагаемых нагрузок: вертикальных - на сжатие, горизонтальных - на разрыв и срез, диагональных на сжатие и разрыв, а также от нагрузок в других плоскостях на срез или смятие, скручивание и изгиб или вибрацию и удар.

Наличие неразъемно установленных прямоугольных усилителей перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям (опорной и дополнительной) дает жесткую опору и фиксацию соединительных элементов, а также дополнительное усиление от смятия и смещения горизонтальных элементов, при сейсмических, динамических или других сдвигах.

Наличие конусных направляющих на опорной базовой плоскости в местах установки соединительного элемента в узел позволяет облегчить сборку узла, дополнительно усилить соединение элементов, и перераспределить нагрузку с винтовых соединений на конические соединения.

Диагональные усилители, выполненные из металла дополнительно усиливают надежность силового узла и предназначены для многоэтажных зданий и для сейсмически неустойчивых районов.

Конструкция силового узла не привязана к размерам или форме соединительных элементов. Все эти отличия характеризуют устройство как универсальное, и простое по конструкции, и технологии его изготовления. Быстрота сборки и разборки силового узла позволяет переносить здания в любые другие места, использовать элементы и конструкции в целом многократно, перестраивать и достраивать, трансформировать и усиливать. Покрытие деталей силового узла однородным антикоррозионным и термически устойчивым материалом увеличивает долговечность и надежность соединения. Однотипность и точность в изготовлении обеспечивает взаимозаменяемость элементов, что удобно при ремонтах и повреждениях, а так же многократность их использования.

В большинстве известных технологиях применяется лишь нижнее усиление в качестве опорных или фрикционных элементов. А предлагаемая конструкция силового узла дополнена двумя параллельными плоскостями, усиленными прямоугольными и дополнительными усилителями двукратно во всех параллельных плоскостях и направлениях, а также с дополнительно установленными диагональными усилителями, что позволяет использовать предложенную конструкцию силового узла при постоянных и меняющихся динамических нагрузках, а так же в сейсмически неустойчивых районах и при строительстве многоэтажных домов. Увеличение толщины металла, выбор его состава и качества, увеличение размеров узла, размеров и формы соединительных элементов, так же позволяют в разы увеличить прочностные характеристики узла в целом.

Предложенное решение поясняется чертежами: на фиг. 1 показана схема взаимного расположения элементов узла, на фиг. 2 - силовой узел с дополнительными диагональными элементами, на фиг. 3 - силовой узел, вид сверху, на фиг. 4 - силовой узел, вид снизу, фиг. 5 - силовой узел, вид сбоку, на фиг. 6 - показан крепежный элемент, на фиг. 7 - показан усилительный элемент, на фиг. 8 показан узел в собранном виде в аксонометрии, вид снизу.

Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций зданий включает соединительные 1 и крепежные 2 элементы, соединенные или при помощи деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов, или неразъемно. Узел снабжен опорной базовой плоскостью 3 и усилительными элементами 4. На базовую плоскость 3 установлены соединительные 1 элементы. Усилительные элементы 4 выполнены в виде прямоугольных тетраэдров. Основания усилительных элементов 4 и грани крепежных элементов 2, выполненных в виде прямоугольных призм с треугольным основанием, образуют дополнительную базовую плоскость 5, расположенную параллельно опорной базовой плоскости 3 на расстоянии равном высоте соединительных элементов 1. Между базовыми плоскостями 3 и 5 перпендикулярно друг другу и к базовым плоскостям установлены неразъемно соединенные между собой прямоугольные усилители 7. Дополнительные диагональные усилители 6, соединительные 1 и крепежные 2 элементы соединены или при помощи деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов, или неразъемно. На опорной базовой плоскости 3 в местах установки соединительного элемента в узел установлены конусные направляющие 8. Все элементы узла покрыты однородным антикоррозионным и термически устойчивым материалом. Крепежные элементы 2, соединительные элементы 1 и усилительные элементы 4 крепятся при помощи элементов 9 (деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов). Крепежные 2, усилительные 4 и соединительные 1 элементы выполнены с отверстиями под крепление. Опорная базовая плоскость 3 выполнена в виде восьмиугольной пластины. В качестве неразъемного соединения использовано сварное соединение или литье. Все элементы узла покрыты однородным антикоррозионным и термически устойчивым материалом. Крепежные элементы 2, соединительные элементы 1 и усилительные элементы 4 крепятся при помощи элементов 9 (деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов).

На опорной базовой плоскости (3) сверху установлены: горизонтально расположенные соединительные элементы (1), один вертикальный соединительный элемент (1), упирающийся в плоскость (3), прямоугольные усилительные элементы (7) ребрами к плоскости (3). На опорной базовой плоскости (3) снизу установлены: один вертикально расположенный соединительный элемент (1), упирающийся в плоскость (3), 4 усилительные элементы (4), причем основания их выполнены как одно целое с базовой опорной плоскостью (3), 4 крепежных элемента (2), 4 прямоугольных усилительных элемента (7), жестко соединенные с опорной базовой плоскостью (3). На дополнительной базовой плоскости (5) установлены: 4 крепежных элемента (2), 4 усилительных элемента (4). Крепежный элемент (2) показан на фиг. 7 в виде открытой прямоугольной призмы с треугольным основанием. Любая из двух прямоугольных боковых граней может участвовать в формировании дополнительной базовой плоскости (5) и опорной базовой плоскости (3). Прямоугольные боковые грани выполнены из прямоугольных усилительных элементов (7). Крепежные элементы (2) установлены: 4 снизу на опорной базовой плоскости (3) и 4 сверху на дополнительной базовой плоскости (5). Крепежные элементы (2), в собранном в узле, боковой гранью образуют дополнительную базовую плоскость (5) вместе с основаниями усилительных элементов (4), причем в собранном узле создается дополнительная базовая плоскость (5) по форме повторяющая опорную базовую плоскость (3).

Предлагаемый силовой узел представляет собой в собранном виде симметричный многогранник. Все крепежные (2) и усилительные (4) элементы, установлены симметрично относительно горизонтальной, вертикальной и фронтальной плоскостей, проходящих через ось узла.

Пример осуществления сборки узла.

На опорную базовую плоскость (3), выполненную в виде восьмиугольной пластины, неразъемно устанавливают снизу усилительные элементы (4) и прямоугольные усилители (7). Соединительные элементы (1) устанавливаются на опорную базовую плоскость (3) между закрепленными на опорной базовой плоскости прямоугольными усилителями (7), установленными перпендикулярно друг другу и базовой плоскости (3) и образующими прямоугольные ниши. Горизонтально расположенные соединительные элементы (1) устанавливаются по четырем направляющим и фиксируются при помощи элементов (9). Вертикальные соединительные элементы (1) упираются в опорную базовую плоскость (3) снизу и сверху. Соединительные элементы (1) фиксируются при помощи элементов (9): с опорной базовой плоскостью (3) снизу, прямоугольными усилителями (7) - сбоку, крепежными (2) - сверху. Крепежные элементы (2) соединяют с усилительными элементами (4). При установке сверху на горизонтальные соединительные элементы (1) крепежных элементов (2) при соединении с усилительными элементами (4) образуется дополнительная базовая плоскость (5) из оснований усилительных элементов (4) и граней крепежных элементов (2), которая параллельна опорной базовой плоскости (3). Получаем узел симметричный относительно горизонтальной и вертикальных осей симметрии (фиг. 3, 4, 5).

Описанный силовой узел может быть изготовлен методом литья или 3D моделированием.

В результате получаем надежный простой универсальный модульный силовой узел для соединения любых быстровозводимых строительных конструкций и зданий. Он легко собирается и разбирается. Снижаются материальные, трудовые и энергетические затраты при возведении строительных конструкций зданий в обычных и сейсмически неустойчивых районах. Кроме того, не требуется специальная подготовка рабочих строителей.

В предложенной конструкции силового узла используются одинаковые силовые стальные элементы, что дает возможность изготовлять весь узел в целом и его элементов в отдельности в производстве, роботизировать процесс изготовления, используя лазерную резку и сварку. Использование при монтаже строительных конструкций дает возможность увеличить скорость сборки, прочность и надежность возводимых зданий, увеличить сейсмическую прочность и устойчивость всей конструкции. Кроме того, быстрота сборки и разборки силового узла позволяет переносить здания в любые другие места, трансформировать в любом направлении, использовать элементы вторично и многократно, то есть решить вопрос утилизации строительного мусора вернее полное отсутствие какого либо мусора при производстве и установке здания и его разборке технология безотходная и энерго-экономичная. Важнейшим фактором является взаимозаменяемость деталей, и по сути вся конструкция здания состоит всего из двух составляющих стойки-балки и силового узла.

1. Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий, включающий соединительные и крепежные элементы, соединенные или при помощи деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов, или неразъемно, отличающийся тем, что узел образован двумя параллельными плоскостями: опорной базовой и дополнительной базовой, между которыми установлены неразъемно соединенные между собой прямоугольные усилители перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям, причем соединительные элементы установлены на опорной базовой плоскости, а снизу на опорной базовой плоскости установлены усилительные элементы, выполненные в виде прямоугольных тетраэдров, основания которых выполнены с ней как одно целое, и соединенных неразъемно между собой прямоугольными усилителями, а дополнительная базовая плоскость образована основаниями усилительных элементов, соединенных между собой прямоугольными усилительными элементами, и гранями крепежных элементов, выполненных в виде открытой прямоугольной призмы с треугольным основанием, кроме того, на базовых плоскостях элементы установлены симметрично относительно горизонтальной, вертикальной и фронтальной плоскостей симметрии, проходящими через центр узла, а крепежные, усилительные и соединительные элементы выполнены с отверстиями под крепление.

2. Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий по п. 1, отличающийся тем, что опорная базовая плоскость выполнена в виде восьмиугольной пластины.

3. Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединительного элемента использованы: или квадратная металлическая труба, или балка, или деревянный брус, или швеллер.

4. Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий по п. 1, отличающийся тем, что на опорной базовой плоскости в местах установки соединительного элемента в узел установлены конусные направляющие.

5. Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен диагональными усилителями, выполненными из металла с наконечником в форме крепежного элемента.

6. Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий по п. 1, отличающийся тем, что в качестве неразъемного соединения использовано сварное соединение или литье.

7. Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий по п. 1, отличающийся тем, что элементы узла покрыты однородным антикоррозионным и термически устойчивым материалом.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:
Наверх