Каркас для крепления облицовочных плит (камня) на поверхности колонны

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к средствам для облицовки поверхности, используемым как при реконструкции, так и при возведении новых зданий и сооружений. В настоящее время, в связи с широким применением навесных фасадов, применяют различные системы крепления облицовочных плит.
Из уровня техники известна навесная система облицовки зданий и помещений (патент RU №2641140 опубл. 16.01.2018), которая имеет каркас навесной системы, состоящий из горизонтальных и вертикальных профилей, скрепленных между собой соединением «паз-шип» и сваркой или другим способом, например склейкой, пайкой, образуя жесткую пространственную конструкцию в виде карт (сеток);
Известно устройство для крепления облицовочных плит (см. патент RU №2180935, опубл. 27.03.2002). Устройство содержит, по меньшей мере, два несущих П-образных профиля, каждый из которых посредством поперечных ребер входит в зацепление с двумя противолежащими поверхностями облицовочных плит, образуя соединение типа шип-паз, и опорный профиль, закрепленный на поверхности, подвергаемой облицовке. Несущий профиль имеет две опорные полки. Опорный профиль охвачен полками промежуточного профиля и соединен с последним посредством болтов. Такое конструктивное выполнение вышеописанного устройства требует выравнивания поверхности, подвергаемой облицовке, увеличивает время монтажа плит.
Известна система навесных фасадов (см. патент RU №2416009 опубл. 20.02.2011), включающая вертикальные направляющие, несущие и опорные кронштейны, удлинители, кляммеры, салазки, кассеты, анкера, дюбеля и утеплитель, несущие и опорные кронштейны выполнены различных размеров, например от 65 до 220 мм, в соответствии с неровностями каркасной стены с перепадами, например до 190 мм, а максимальное расстояние между кронштейнами по вертикали составляет, например 1,5 м. Каждый кронштейн может являться как несущим, так и опорным.
Для монтажа облицовочных материалов применяют разметку фасада, установку маяков с помощью геодезических приборов уровня и отвеса под композитные панели, бурение отверстий под анкерные дюбеля для крепления несущих кронштейнов из расчета, например три кронштейна на профиль высотой стандартного этажа, на кронштейны устанавливают и крепят вертикальные направляющие. На вертикальный профиль непосредственно крепят плоский лист заклепками или плитку керамогранита с помощью кляммеров. Широкий диапазон регулировок позволяет предъявлять минимальные требования к ровности несущей стены (с перепадами, например, до 190 мм) и использовать широкий выбор материалов для облицовки фасадов.
Известна конструкция для облицовки фасадов зданий (см. патент на полезную модель RU №40353, опубл. 10.09.2004), включающая несущий каркас, состоящий из вертикальных и горизонтальных направляющих профилей, к которым крепятся панели, защищающие облицовываемую поверхность. При этом вертикальные и горизонтальные профили соединены между собой с помощью крепежных элементов методом самореза. Горизонтальные элементы разнесены между собой по высоте, параллельны облицовываемой поверхности и жестко соединены с вертикальными элементами по всей их высоте. Горизонтальные элементы перпендикулярны к облицовываемой поверхности и жестко соединены между собой в горизонтальной плоскости с помощью параллельных горизонтальным профилям элементов. Часть вертикальных элементов отнесена от облицовываемой поверхности на длину горизонтальных элементов, а часть их расположена в непосредственной близости от облицовываемой поверхности. Листовые панели выполнены из нержавеющей стали, прикреплены к профилям с помощью крепежных элементов методом самореза и имеют отбортовки с трех сторон. Горизонтальные и вертикальные направляющие выполнены штампованными, например, из алюминия с волнистыми рабочими поверхностями.
Несущий каркас собирают из горизонтальных и вертикальных элементов и прикрепляют его с помощью кронштейнов и крепежных элементов к облицовываемой поверхности. К горизонтальным элементам несущего каркаса прикрепляют плоские облицовочные панели из гранита. При необходимости перехода от гладкой облицовываемой поверхности к впадинам или выступам на ней используют дополнительные вертикальные элементы, которые прикрепляют к поверхности с помощью L-образных кронштейнов, а к ним прикрепляют облицовочные панели, которые соединяют в фальц с такими же панелями, закрепленными на элементах несущего каркаса.
К недостаткам известных облицовочных конструкций и устройств относятся:
- сложность конструкции несущего каркаса и трудоемкость сборки облицовочной конструкции, обусловленная необходимостью подгонки стыков.
- необходимость поэлементной сборки опорных (вертикальных) и несущих (горизонтальных) профилей непосредственно на стеновой конструкции, что увеличивает трудоемкость монтажа;
- при эксплуатации фасада невозможно заменить поврежденный элемент облицовки фасада без демонтажа смежных элементов.
Задачей заявляемого технического решения является упрощение конструкции и расширение возможности ее сборки на колоннах любого диаметра, в том числе имеющих неровности на их поверхностях.
Поставленная задача решается тем, что каркас для крепления облицовываемых плит на поверхности колонны состоит из вертикальных и горизонтальных направляющих, разнесенных между собой по вертикальной и горизонтальной осям, крепежных элементов для облицовочных плит, расположенных перпендикулярно к направляющим, при этом каркас снабжен анкерами, заглубленными в отверстия фундаментного основания, к которым с помощью крепежных элементов присоединены нижние концы вертикальных направляющих, к горизонтальным направляющим, расположенным параллельными рядами вдоль вертикальной оси каркаса прикреплены остальные части вертикальных направляющих, горизонтальные и вертикальные направляющие выполнены из перфорированного металлопроката, горизонтальные направляющие в каждом ряду каркаса имеют прямолинейные участки, образующие равносторонний многоугольник, описывающий сечение колонны, на прямолинейных участках в каждом горизонтальном ряду расположены, по меньшей мере, по два крепежных элемента для равновесного крепления к направляющим прямоугольных облицовочных плит.
Горизонтальный направляющие разнесены между собой на расстояние, обеспечивающее необходимую нагрузку по всей высоте каркаса. Вертикальные направляющие параллельны облицовываемой поверхности, разнесены равномерно по всей облицовываемой поверхности колонны и присоединены с горизонтальными направляющими с помощью крепежных элементов. Крепежные элементы для облицовочных плит, расположены рядами вокруг колонны перпендикулярно к горизонтальным направляющим.
Таким образом, облицовываемая поверхность отнесена от несущего каркаса на длину крепежных элементов, такое расположение позволяет регулировать расположение облицовочных плит между собой во время сборки облицовываемой поверхности. Это позволяет осуществить переход от внутреннего цилиндрического несущего каркаса, опоясывающего цилиндрическую поверхность колонны к внешней опорной поверхности каркаса, образуемой облицовочными плитками прямоугольного профиля.
Такой переход осуществляют следующим образом. При помощи чертежа определяют размер стороны прямоугольных облицовочных плит. Для этого круглое сечение колонны вписывают в равносторонний многоугольник, который фактически должен образоваться вокруг колонны после облицовки ее прямоугольными облицовочными плитами. Количество сторон многоугольника рассчитывают таким образом, чтобы длина стороны была не более ширины облицовочной плиты. Длину стороны а равностороннего многоугольника вычисляют по формуле:
a=r*2tg(180град/n),
где r - радиус окружности, n - число сторон равностороннего многоугольника (https://ru.wikipedia.org/wiki/Правильный многоугольник).
Каждую плиту устанавливают на прямоугольном участке горизонтальной направляющей, по меньшей мере, на двух крепежных элементах, так чтобы она находилась в равновесном состоянии. Плиты укладывают на крепежные элементы в одном ряду вокруг колонны по ее периметру и по всей высоте колонны с зазорами между плитами и между рядами плит.
Использование предполагаемой полезной модели позволяет осуществлять крепление внутреннего несущего каркаса к поверхности колонны без применения средств прямого крепления (анкера, шпильки, и т.п.), что позволяет сохранить целостность сооружения. Это условие является частым требованием при проведении строительных работ, в том числе связанных с реставрацией. При отсутствии прямого крепления в поверхность колонны значительно снижается нагрузка на нее, что обеспечивается сборным металлическим каркасом, который равномерно передает нагрузку от размещаемой облицовки напрямую в основание колонны (пол, плита, и т.п.).
Кроме того, перфорированные стяжные хомуты позволяют применять данную систему на колоннах любого диаметра.
Благодаря тому, что икля расположена перпендикулярно поверхности колонны и снабжена ограничивающим упором, облицовочные плиты имеют достаточную площадь опоры.
Так как икля расположена перпендикулярно облицовываемой поверхности и имеет определенную длину, это позволяет осуществить переход от цилиндрической поверхности колонны к поверхности равностороннего многоугольника, состоящей из прямоугольных облицовочных плит.
Благодаря тому, что на каждую облицовочную плиту приходится, по меньшей мере, по два фиксатора и по две икли, нагрузка от облицовочных плит на поверхность колонны распределяется равномерно и находится в интервале нормативной поверхностной нагрузки.
Изобретение поясняется с помощью чертежей. На фиг. 1 приведен эскиз каркаса для крепления облицовочных материалов к колонне в сборе.
На фиг. 2 представлены: а-а) круговое сечение колонны с образованной плитками внешней облицовочной поверхности; б-б) разрез металлического каркаса колонны с разбиением на сектора и расположением в них элементов крепления в подготовительном варианте к монтажу облицовочных плит.
На фиг. 3 представлен основные узлы крепления облицовочных плит к направляющим каркаса и крепление каркаса к основанию колонны.
На чертежах цифрами обозначены: фундаментное основание сооружения 1, горизонтальные направляющие 2, вертикальные направляющие 3, 4 каркаса, пластины соединительные 5 с болтами, пластины установочные 6, фиксаторы быстрого монтажа 7, гайки 8, икля резьбовая 9, анкеры высокой нагрузки 10, соединительные муфты 11, резьбовые шпильки 12, гайки для МРС-профиля 13, облицовочные плиты 14.
Горизонтальные направляющие 2 из перфорированного металлопроката обхватывают колонну по кругу и стянуты крепежными элементами. Вертикальные направляющие 3, 4 из перфорированного металлопроката прикреплены к горизонтальным направляющим 2 при помощи соединительных пластин 5 и болтов.
Каркас закреплен в отверстиях фундаментного основания сооружения с помощью углубленных в основание анкеров 10. Вертикальные направляющие 3, 4 с помощью соединительных муфт 11 и резьбовых шпилек 12 соединены с анкерами 10. На направляющих 3, 4 смонтированы фиксаторы 7. При помощи фиксаторов 7 и гаек 8 на вертикальных направляющих 3, 4 закреплены икли 9. Прямоугольные облицовочные плиты 14 закреплены на цилиндрической поверхности колонны с помощью иклей 9 рядами по всей длине направляющих. Промежутки между облицовочными плитами 14 заполнены связующим раствором.
Выполнение предполагаемой полезной модели поясняется на конкретном примере.
В фундаментном основании сооружения 1 последовательно с шагом 240, 130 мм просверливаются отверстия, в которые монтируют анкера 10. Вертикальные направляющие 3, 4 с помощью соединительных муфт 11 и резьбовых шпилек 12 соединяют с анкерами 10.
Перфорированной направляющей 2 обхватывают колонну по кругу и затягивают с помощью крепежных элементов. Приложив направляющую 3 (длину L=6000 мм) по разметке, производят ее монтаж через потайной болт. На верхнюю грань направляющей 3 монтируют соединительную пластину 5 без затяжки. На соединительную пластину 5 монтируют направляющую 4 (длиной L=1500 мм) и пластину 5 затягивают.
Для устойчивости каркаса производят юстировку иклей 9 и нижнего ряда анкеров 10. При дальнейшем монтаже всего ряда облицовочных плит 14 продолжают производить юстировку иклей 9 и затягивание крепежных элементов.
Перфорированную горизонтальную направляющую 2 монтируют на поверхности колонны с отступом 100 мм от потолка. Их располагают с шагом в 1000 мм между ними по вертикальной оси колонны по заранее нанесенной разметке мест установки. Таким же образом размечают места установки вертикальных направляющих 3, 4. Их располагают с шагом 240 мм между ними по горизонтальной оси колонны для крепления облицовочных плит 14 в вертикальном столбце. Расстояние между вертикальными направляющими 3, 4 в соседних вертикальных столбцах облицовочных плит 14 составляет 130 мм по всей высоте колонны.
Для сооружения каркаса использовали перфорированные направляющие их металлопроката. Все элементы каркаса для облицовки колонны выполнены из стали марки DX51D (российский аналог - сталь для строительных конструкций С275) с оцинкованным покрытием от 12 до 40 мкр для разных элементов каркаса. Икля резьбовая 9 длиной L=100 мм снабжена завальцованной квадратной пластиной (М10). Перфорированный металлопрокат 2 длиной L=2000 мм имеет отверстия (∅ 50 мм, шириной 3 мм). Фиксатор 7 имеет внутреннюю резьбу (М10). Одна из вертикальных направляющих 3 каркаса имеет длину L=6000 мм, а другая 4 - длину L=2000 мм, при этом их размеры составляют 41×21 мм. Соединительная муфта 11 (∅ М10) длиной 30 мм, резьбовая шпилька 12 (∅ М10) длиной 3 мм, анкер высокой нагрузки 10 BZ 10-30-50/110, гайка 8 DIN 934 (0 М10), гайка профиля 13 38/24-40/120 (∅ М10) имеет размер 33×23×6 мм.
Длину стороны а равностороннего многоугольника, в которых вписана окружность, на чертеже вычисляют по формуле:
где r - радиус окружности, n - число сторон равностороннего многоугольника.
В зависимости от диаметра облицовываемой колонны можно рассчитать ширину облицовочных плит 14, которая при расчете будет равна стороне а равностороннего многоугольника. При количестве облицовочных плит вокруг колонны в ряду равном 8, длина стороны а равностороннего многоугольника будет равна:
а=800* tg(180град/8)=800*0,414=331, 2 мм.
Количество одинаковых облицовочных плит 14 вокруг колонны в каждом ряду одно и тоже. Однако, колонны могут иметь разные диаметры. Кроме того, если поверхность колонны имеет неровности, то их обходят, увеличивая количество вертикальных направляющих 3, 4 и, тем самым, увеличивая диаметр колонны и периметр равностороннего многоугольника, который образует горизонтальная направляющая. Далее с помощью насечек горизонтальную направляющую делят на прямоугольные участки, по размеру которых подбирают облицовочные плиты соответствующего размера. Наиболее приемлемое количество облицовочных плит 14 в каждом ряду вокруг колонн разного диаметра от 6 до 16 и соответственно их размер от 160 до 460 мм.
В варианте каркаса для колонны с использованием 8-ми облицовочных плит в ряду для каждой облицовочной плиты 14 монтируют по два фиксатора 7 и по две икли 9. При диаметре колонны 800 мм на перфорированной направляющей 2 в одном ряду монтируют фиксаторы 7 в количестве 16 штук, на которых крепят восемь облицовочных плит 14. Ряды фиксаторов 7 располагают шагом в 800 мм между ними по вертикальной оси колонны. Таким образом при диаметре колонны 800 мм периметр равностороннего многоугольника, в который вписывается колонна составит 2650 мм.
Перфорированные направляющие располагают горизонтально с помощью строительного уровня. Когда каркас из горизонтальных и вертикальных направляющих смонтирован и охватывает колонну, то производят соответствующие вычисления и горизонтальные направляющие в каждом ряду через одинаковые промежутки делят с помощью насечек на прямоугольные участки, благодаря чему образуется равносторонний многоугольник.
На прямоугольных участках горизонтальных направляющих располагают, по меньшей мере, по два крепежных элемента, а на них устанавливают прямоугольные облицовочные плиты такого же размера, что и прямолинейные участки. Крепежные элементы располагают на одинаковом расстоянии от концов облицовочной плиты, так чтобы она находилась в равновесном состоянии. Благодаря этому вес каждой облицовочной плиты равномерно распределяется по горизонтальной направляющей, что обеспечивает надежность облицовочной поверхности. Так как элементы каркаса (перфорированные направляющие из металлопроката), крепежные элементы (пластины установочные, фиксаторы, гайки, икли) и облицовочные плиты изготовлены промышленным способом, то это не требует выравнивания поверхности и, тем самым, снижает время монтажа плит, таким образом, предложенное устройство позволяет решить поставленную задачу по упрощению установки облицовочных плит на поверхности колонны и расширению возможности сборки каркаса на колоннах любого диаметра.
Основными преимуществами полезной модели, в сравнении с другими системами крепления натурального камня является: крепление каркаса к колонне без применения средств прямого крепления, что позволяет сохранить ее целостность, снижение нагрузки на колонну благодаря равномерной передачи нагрузки сборным металлическим каркасом от размещаемой облицовки в основание колонны. Перфорированные направляющие позволяют применять данный каркас как на колоннах любого диаметра, так и на колоннах переменного сечения.