Универсальный силовой узел для соединения быстровозводимых строительных конструкций и зданий
Изобретение относится к области строительства, в частности к универсальному узлу для соединения быстровозводимых строительных конструкций. Технический результат изобретения заключается в снижении трудозатрат при сборке узла. Универсальный силовой узел включает соединительные и крепежные элементы, соединенные или при помощи деталей с винтовой поверхностью, или при помощи штифтов, или неразъемно. Узел снабжен усилительными элементами, выполненными в виде прямоугольных тетраэдров, и опорной базовой плоскостью, на которую установлены соединительные элементы. Основания усилительных элементов и грани крепежных элементов, выполненных в виде прямоугольных призм с треугольным основанием, образуют дополнительную базовую плоскость, расположенную параллельно опорной базовой плоскости на расстоянии, равном высоте соединительных элементов. Между базовыми плоскостями перпендикулярно друг другу и к базовым плоскостям установлены неразъемно соединенные между собой прямоугольные усилители. Крепежные, усилительные и соединительные элементы выполнены с отверстиями под крепление. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение 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 снабженный 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 Е04В 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 Е04С 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 элементов, 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 Е04В 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 нагрузках. 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 данного изобретения является снижение 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 дополнен опорной базовой плоскостью, на которую установлены соединительные и крепежные элементы, выполненные в виде прямоугольной призмы с треугольным основанием, открытой сбоку. Узел дополнен усилительными элементами, выполненными в виде открытых сверху прямоугольных тетраэдров, установленных основаниями на опорной базовой плоскости и выполненных с ней как одно целое, и соединенными между собой прямоугольными усилительными элементами неразъемно. Кроме того, образована основаниями других усилительных элементов и гранями крепежных элементов дополнительная базовая плоскость, параллельная опорной базовой плоскости, на расстоянии, равном ширине соединительного элемента в зеркальном отражении с установленными на ней элементами, причем между базовыми плоскостями неразъемно установлены прямоугольные усилители перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям. Крепежные, усилительные и соединительные элементы выполнены с отверстиями под крепление.
Кроме того, опорная базовая плоскость выполнена в виде восьмиугольной пластины.
Также в качестве неразъемного соединения использовано сварное соединение.
На опорной базовой плоскости в местах установки соединительного элемента в узел устанавливаются по необходимости конусные направляющие, усилители, работающие на срез при динамических и сейсмических нагрузках, усиливая винтовые и штифтовые соединения.
Кроме того, силовой узел дополнительно снабжен диагональными усилителями, выполненными из профильного металла с наконечником в форме крепежного элемента.
При этом 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 профильного 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 также 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 также 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, также 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.
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 дополнен опорной базовой плоскостью 3, на которую установлены соединительные 1 и крепежные 2 элементы. Крепежные элементы 2 выполнены в виде прямоугольной призмы с треугольным основанием, открытой сбоку. Узел дополнен усилительными элементами 4, выполненными в виде открытых сверху прямоугольных тетраэдров. Основания усилительных элементов 4, установленных на опорной базовой плоскости 3, выполнены как одно целое с опорной плоскостью. Образована основаниями усилительных элементов 4 и гранями крепежных элементов 2 дополнительная базовая плоскость 5, параллельная опорной базовой плоскости 3, на расстоянии, равном ширине соединительного элемента 1 в зеркальном отражении, с установленными на ней элементами. Дополнительные диагональные усилители 6, выполненные из профильного металла с наконечником в форме крепежного элемента 2. Между базовыми плоскостями 3 и 5 неразъемно установлены прямоугольные усилители 7 перпендикулярно друг другу и базовым плоскостям 3 и 5. 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. 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).
Опорная базовая плоскость 3 с усилительными элементами 4 соединена прямоугольными элементами 7 с дополнительной базовой плоскостью 5, образованной элементами 2, 4 и 7, причем усилительные элементы 4 соединены между собой тоже прямоугольными усилителями 7. В собранном виде силовой узел является единым целым, где все элементы являются усилителями, многократно усиливая друг друга, работая во всех трех геометрических плоскостях.
Пример.
Соединительные элементы 1 вставляются в прямоугольные ниши, образованные элементами узла. Горизонтальные соединительные элементы 1 устанавливаются и упираются на опорную базовую плоскость 3 по четырем направляющим. Вертикальные соединительные элементы 1 упираются в опорную базовую плоскость 3 снизу и сверху. Все элементы узла фиксируются при помощи крепежных элементов 9.
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 элементы 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 снабжен опорной базовой плоскостью, на которую установлены соединительные элементы, и усилительными элементами, выполненными в виде прямоугольных тетраэдров, при этом основания усилительных элементов и грани крепежных элементов, выполненных в виде прямоугольных призм с треугольным основанием, образуют дополнительную базовую плоскость, расположенную параллельно опорной базовой плоскости на расстоянии, равном высоте соединительных элементов, причем между базовыми плоскостями перпендикулярно друг другу и к базовым плоскостям установлены неразъемно соединенные между собой прямоугольные усилители, 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 неразъемного соединения использовано сварное соединение.
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 профильного металла с наконечником в форме крепежного элемента.
6. 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.
