Конструкционная панель и соединительный элемент для указанной панели
CONSTRUCTION PANEL AND CONNECTING ELEMENT FOR THE INDICATED PANEL

Область техники
Группа изобретений относится к области строительства, а именно к конструкционной панели, а также соединительному элементу, применяемому в указанной панели для фиксации арматурных сеток. Изобретение может быть использовано, в частности, для  строительства зданий и сооружений, холодильников, судов из железобетона, а также в других областях техники, требующих применение многослойных армированных конструкционных материалов.
Уровень техники
Наиболее близким аналогом заявленной конструкционной панели является панель, раскрытая в патенте RU2059774, 10.05.1996. Конструкция панели включает арматурный каркас из двух арматурных сеток, расположенных параллельно на расстоянии друг от друга и связанных посредством соединенных элементов, а также теплоизолирующий сердечник размещенный внутри каркаса между сетками. Соединительные элементы выполнены в виде гнутого стержня по зигзагообразному профилю, вершины которого приварены к арматурным сеткам. При этом в сердечнике выполнены щелевые вырезы для прохождения указанных соединительных элементов.
Недостатком указанной конструкции является относительно невысокая жесткость панели, связанная с тем, что вершины профиля контактируют со стержнями арматурных сеток только в одной точке, а также очень высокой сложностью изготовления каркаса, связанного с выполнением большого объема сварочных работ по соединению сеток и гребней зигзагообразного профиля.
Наиболее близким аналогом заявленного соединительного элемента для арматурных сеток является соединитель, раскрытый в патенте Великобритании GB1380468,15.01.1975. Указанный соединитель выполнен в виде гнутого по зигзагообразному профилю стержня, на вершинах которого выполнены крюкообразные загибы для зацепления элемента со стержнями арматурных сеток. Данная конструкция соединителя позволяет избежать сварочных работ при сборке панели, однако панель не будет обладать высокой жесткостью, что связано со способом зацепления стержней сетки в плоскости профиля. Кроме того, конструкция соединительного элемента является достаточно сложной в изготовлении, поскольку гибка концевых участков осуществляется в разных плоскостях.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленной группы изобретений является устранения недостатков аналогов и разработка надежной и простой в изготовлении конструкционной панели, а также соединителя, который используется в указанной панели.
Технический результат группы изобретений заключается в упрощении изготовления панели, повышении жесткости конструкции, а также в расширении возможностей использования панели, в частности для создания несущих конструкций.
Указанный технический результат достигается в конструкционной панели за счет того, что она содержит арматурный каркас и расположенный внутри арматурного каркаса сердечник из теплоизолирующего материала, при этом арматурный каркас содержит две арматурные сетки, размещенные параллельно друг другу и связанные посредством соединительных элементов, каждый соединительный элемент выполнен в виде гнутого по зигзагообразному профилю металлического стержня, а в сердечнике, расположенном между указанными арматурными сетками, выполнены щелевые пазы, в которых размещены указанные соединительные элементы.,  причем указанный зигзагообразный профиль соединительных элементов образован прямыми наклонными частями и чередующимися верхними и нижними горизонтальными основаниями, которые сопрягаются с наклонными частями по S-образным участкам с образованием горизонтальных выступов оснований в плоскости профиля, которые находятся в зацеплении с поперечными по отношению к основанию стержнями арматурных сеток.
Согласно частным вариантам реализации конструкционной панели:
- основания соединительных элементов расположены между двумя поперечными стержнями арматурной сетки таким образом, что указанные стержни размещены во впадинах образованных внешними поверхностями S-образных участков;
-  соединительные элементы выполнены плоскими таким образом, что наклонные части, горизонтальные основания и S-образные участки находятся в одной плоскости;
-  соединительные элементы размещены параллельно друг другу, при этом основания соседних элементов смещены друг относительно друга;
- соединительные элементы размещены взаимноперпендикулярно друг другу;
- плоскости соединительных элементов ориентированы перпендикулярно или под углом к плоскости армирующих сеток;
- панель выполнена с возможностью размещения в пространстве сердечника продольных и/или поперечных армирующих элементов силового каркаса;
- сердечник выполнен из вспененного материала.
Указанный технический результат достигается в конструкции соединительного элемента за счет того, что  он выполнен в виде гнутого по зигзаообразному профилю металлического стержня, при этом зигзагобразный профиль образован прямыми наклонными частями и чередующимися верхними и нижними горизонтальными основаниями, которые сопрягаются с наклонными частями по S-образным участкам с образованием горизонтальных выступов оснований в плоскости профиля, выполненных с возможностью зацепления с поперечными по отношению к основанию стержнями арматурной сетки.
Согласно предпочтительному варианту реализации соединительный элемент является плоским таким образом, что наклонные части, горизонтальные основания и S-образные выступы находятся в одной плоскости.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется фигурами, где:
на фиг. 1 показан общий вид заявленной панели,
на фиг. 2 показан продольный разрез фрагмента панели по линии А-А,
на фиг. 3 показан продольный разрез фрагмента панели  по линии Б-Б
на фиг. 4 показан поперечный разрез фрагмента панели  по линии В-В,
на фиг. 5 показан теплоизолирующий сердечник,
на фиг. 6 показаны соседние соединительные элементы панели,
на фиг. 7 показаны верхняя и нижняя арматурные сетки,
на фиг. 8 показаны отдельные элементы панели перед сборкой,
на фиг. 9 показан этап сборки панели,
на фиг. 10 показана панель в сборе,
на фиг. 11 показан фрагмент арматурного каркаса с перпендикулярными соединительными элементами,
на фиг. 12 показан возможный вариант крепления панели к перекрытию,
на фиг. 13 показан фрагмент продольного разреза панели с пространством для размещения поперечных элементов несущего каркаса.
на фиг. 14 показан фрагмент продольного разреза арматурной каркасной панели с поперечным несущим элементом,
на фиг.15 показан фрагмент продольного разреза панели с пространством для размещения продольных элементов несущего каркаса
на фиг.16 показан поперечный разрез продольного стыка панели с продольным элементом двутаврового сечения,
на фиг.17  показан поперечный разрез продольного стыка панели с продольным несущим элементом в виде швеллера,
Конструктивные элементы обозначены на фигурах следующими позициями:
1 – арматурный каркас,
2 – верхняя арматурная сетка,
3 – продольный стержень верхней сетки,
4 – поперечный стержень верхней сетки,
5 - нижняя арматурная сетка,
6 – продольный стержень нижней сетки,
7 – поперечный стержень нижней сетки,
8 – сердечник,
9 – соединительный элемент для сеток,
10 – паз сердечника,
11 -  наклонная часть соединительного элемента,
12 - основание соединительного элемента,
13 – S-образный участок соединительного элемента
14 – выступ соединительного элемента
15 – впадина соединительного элемента
16 – монолитное перекрытие,
17 – Г-образная арматурная скоба,
18 – закладная деталь,
19 – теплоизолирующая заглушка.
20 – пространство для поперечных элементов несущего каркаса,
21 – поперечный элемент несущего каркаса,
22 – часть сердечника для сохранения сплошности утеплителя,
23 – дополнительный арматурный элемент несущего каркаса,
24 - пространство для продольных элементов несущего каркаса,
25 – продольный элемент несущего каркаса,
26 – дополнительная полоса из арматурной сетки,
Осуществление изобретения.
Заявленная панель имеет каркас (1), включающий верхнюю арматурную сетку (2), выполненную из ряда продольных стержней (3) и ряда поперечных стержней (4), и нижнюю арматурную сетку (5), также выполненную из ряда продольных стержней (6) и ряда поперечных стержней (7), расположенных с определенными интервалами.
Между сетками (2) и (5) располагается теплоизолирующий сердечник (8) в виде пластины, выполненной из утеплителя, в частности вспененного материала (например пенополистирола).
Верхняя (2) и нижняя (5) арматурные сетки связаны посредством соединительных элементов (9),  которые проходят в выполненных в сердечнике (8) трапециевидных щелевых пазах (10).
Каждый соединительный элемент (9) выполнен в виде гнутого по зигзаообразному (зигзагоподобному) профилю стержня с образованием «W-трасс», которые формируют,  по существу, чередующие верхние и нижние трапецеидальные гребни . Под зигзагообразным профилем в рамках данного изобретения подразумевается профиль имеющий наклонные участки чередующегося направления.
Указанный профиль образован прямыми наклонными частями (11) и чередующимися верхними и нижними горизонтальными основаниями (12), которые сопрягаются с наклонными частями (11) по S-образным участкам (13) с образованием на внешней поверхности в зоне основания двух горизонтальных выступов (14) и двух впадин (15). При этом выступы (14) находятся в зацеплении с поперечными стержнями (4,7) сеток (2) и (5), которые в свою очередь входят в упомянутые впадины (15).
Таким образом, гребни, образованные основаниями и S-образными участками, вставлены между поперечными рядами арматурных стержней (4)  верхней арматурной сетки (2) и поперечными рядами арматурных стержней (7) нижней арматурной сетки 5. При этом происходит упругая фиксация арматурных сеток (2) и (5) в изгибах гребней волн соединительных элементов (9) без сварки, скрутки, хомутов или каких либо иных соединительных элементов.
Соединительные элементы (9) выполнены плоскими, т.е. наклонные части (12), S-образные участки (14) и основания (13) лежат в одной плоскости. При этом соединительные элементы (9) вставлены гребнями в щелевые пазы (10), выполненные в сердечнике (8). Указанные пазы (10) могут быть расположены в сердечнике (8) как перпендикулярно к плоскостям нижней арматурной сетки (5) и верхней арматурной сетки (2) , так и наклонно к ним.
Наружные размеры пазов (10) и (12)  соответствуют наружным размерам гребней соединительных элементов..
Как показано на фиг. 2, первый соединительный элемент вставлен в пазы (10) сердечника (9) и упруго зафиксирован в изгибах S-образных участков между поперечными стержнями (4) и (7) арматурных сеток (2) и (5). Следующий второй соединитель вставлен в пазы (10) с другой стороны сердечника (8) гребнями навстречу гребням первого соединителя, таким образом, что верхнее основание первого соединителя находится на уровне нижнего основания второго соединителя и наоборот, т.е. имеет место смещение оснований.
При установке оснований (12)  между поперечными арматурными стержнями (4) и (7), происходит упругая фиксация соединительных элементов (9) с арматурными сетками (2) и (5) за счет размещения арматурных стержней (4) и (7) в имеющихся впадинах (15).
Вместе с сердечником (8) образуется жесткая пространственная конструкция панели. Следует учесть, что при установке соединительных элементов наклонно, пазы также выполняются наклонно по отношению к плоскостям арматурных сеток.  При этом вершины гребней, образованные основаниями (12) устанавливаются при их самофиксации в ячейках арматурных сеток (2) и (5) между поперечными проволоками (4) и (7) за продольные арматурные стержни (3) и (6), соответственно со стороны примыкающих соединительных элементов (9). Тем самым ограничивается перемещение оснований (12) вдоль поперечных арматурных стержней (4) и (7). Таким образом образуется очень жесткий во всех направлениях арматурный каркас (1) панели
Как видно на фиг. 3 трапециевидные пазы (10) первого ряда своими вершинами трапеций расположены навстречу вершинам пазов следующего ряда (см. на фиг. 1). В связи с этим соединительные элементы (9) при сборке панели вставляются в пазы (10) с противоположных сторон теплоизолирующего сердечника 8 основаниями (12) навстречу друг другу.
При выполнении пазов (10) наклонными угол наклона выбирается в зависимости от расстояния между верхними (2) и нижними (5) арматурными сетками, размера ячеек арматурных сеток, диаметром стержней (3, 4, 6, 7), шага волн профиля соединительных элементов (9), а также количества и расположением элементов (9) в конструкции арматурного каркаса (1) панели.
На фиг. 4 показан вариант наклонного расположения соединительных элементов (9) при их размещении враспор между продольными и поперечными стержнями, как было описано выше с образованием жестко зафиксированной во всех направлениях связевой пространственной конструкции арматурного каркаса (1)  панели.
На фиг.5 показан теплоизолирующий сердечник с наклонными трапецеидальными пазами (10), ориентированными вершинами трапеций навстречу друг другу и под углом к наружным плоскостям сердечника. Ориентация соединительных элементов при таком наклонном расположении продемонстрирована на фиг. 6.
Сборка панели, описанной конструкции, происходит по схеме, показанной на фигурах 7 – 10.
При сборке соединительные элементы (9) сначала размещают в пазах (10) сердечника, затем на сердечник (8) монтируются арматурные сетки (2,5), поперечные стержни которых фиксируются в изгибах  S-образных участков (12) элементов (9)
На фиг.11 показан вариант конструкции каркаса панели с  взаимоперпендикулярным расположением соединительных элементов (9). Соединительные элементы (9) указанной конструкции ориентированы перпендикулярно плоскости арматурных сеток (2) и (5). При сборке каркаса один ряд соединительных элементов (9) проходит вдоль арматурных стержней (3) и (6) и зафиксирован стержнями (4) и (7). Другой ряд соединительных элементов проходит поперек арматурных стержней (3) и (6) и зафиксирован между ними. В результате  образуется связевой, жесткий во всех направлениях, пространственный, арматурный каркас.
На фиг. 12 показан в разрезе возможный вариант узла крепления панели  к монолитному перекрытию (16) в случае, когда панель применяется в качестве панели стенового ограждения.  Каркасная панель подвешивается арматурной сеткой (5) на Г- образные арматурные скобы (17), которые на сварке крепятся к закладным деталям (18), установленным в монолитном перекрытии (16). После монтажа арматурной каркасной панели 1 производится ее обетонирование с внутренней стороны по сетке (5) и с наружной стороны по сетке (2) с образованием общей монолитной конструкции.
На фиг. 13 показан продольный разрез панели с пространством (20) для возможного размещения поперечных элементов несущего каркаса. Элементы несущего каркаса могут быть изготовлены из деревянных, металлических, пластиковых, композитных и иных материалов. Поперечные элементы несущего каркаса могут быть выполнены  в виде массива или могут иметь любую другую известную форму: двутавра, швеллера, Z-образного профиля и т.д. В зависимости от выбранной формы сечения поперечного несущего элемента каркаса, необходимо заранее до монтажа панели сделать выборку в теплоизолирующем сердечнике (8), соответствующую профилю элемента.
На фиг. 14 показан вариант поперечного несущего элемента (21) в виде стального ригеля фахверка стенового ограждения, имеющего сечение в виде замкнутого прямоугольного профиля. В сердечнике (8) выполнена выборка материала по наружному контуру профиля. При этом, для сохранения теплоизолирующей способности со стороны арматурной сетки (2) в сердечнике оставлена часть (22)  определенной толщины, обеспечивающая сохранение сплошности сердечника.
Для усиления прочности и увеличения несущей способности всей конструкции к стенке стального ригеля (21) стенового фахверка могут быть приварены дополнительные арматурные элементы (стержни) (23), примыкающие к арматурным стержням сетки (5). После обетонирования  поверхностей панели происходит замоноличивание арматурной сетки (5) и арматурных стержней (23) и они совместно воспринимают и распределяют внешние и внутренние нагрузки.
При производстве сварочных работ по установке дополнительных арматурных стержней (23) сердечник (8) необходимо изготавливать  из негорючих материалов, например самозатухающего пенополистирола.
В зависимости от того, какой вид профиля будут иметь поперечные несущие элементы каркаса, дополнительные арматурные элементы (23) также могут иметь различную конструкцию. При этом указанные элементы (23) могут крепиться к несущим элементам каркаса различными способами, в зависимости от материала, в частности сваркой, болтами, заклепками, клеем, хомутами и т.д.
На фиг.15 показан фрагмент поперечного разреза панели с указанием пространства (24) для возможного размещения продольных элементов несущего каркаса, например, стоек фахверка стенового ограждения, в случае использования панелей в качестве стеновых панелей, или несущих балок перекрытия. Пространство (24) ограниченно наклонными частями (11) соединительных элементов (9) и плоскостями наружных поверхностей сердечника (8).
Соединение продольных (25) и поперечных (21) элементов каркаса может быть выполнено различными способами: болтами, сваркой, склеиванием и т.д.. При этом применяемые способы соединения должны обеспечивать надежное, соответствующее передаваемым усилиям в конструкциях, соединение.
На фиг.16 показан вариант использования в качестве продольного элемента (25) несущего каркаса стальной балки двутаврового сечения.
Дополнительные  несущие элементы конструкций (21) и (25) можно размещать в любом месте сечения в пределах пространств (20) и (24). Однако наиболее целесообразно размещение в месте стыка панелей. Это удобно технологически для устройства выборки в сердечнике (8) и для монтажа дополнительных несущих элементов.
Для многократного усиления несущей способности панели следует обеспечить их совместную работу по восприятию нагрузок и распределению усилий вместе с дополнительными несущими элементами каркаса. Для этого к стальной балке (25) могут быть приварены дополнительные арматурные элементы (стержни) (23) примыкающие к арматурным сеткам (2) и (5). После обетонирования образуется единая монолитная жесткая конструкция панелей и несущих элементов каркаса. По технологии монтажа пространственных арматурных каркасных панелей в месте стыка для придания прочности с обеих сторон панели также могут устанавливаться дополнительные полосы (26) из арматурных сеток.
На фиг.17 показан пример использования в качестве продольного элемента (25) несущего каркаса стального швеллера.  С целью сохранения теплоизолирующих свойств сердечника (8) высота швеллера продольного элемента (25) меньше толщины сердечника (8), что дает возможность разместить в образовавшемся пространстве со стороны арматурной сетки (5) теплоизолирующую заглушку (19). Для более надежной теплоизоляции вместо заглушки (19) пространство можно заполнить монтажной пеной, учитывая то, что теплоизоляция после отвердения не должна выступать из плоскости наружной поверхности сердечника (8).
К полкам швеллера элемента (25) также могут быть приварены дополнительные арматурные элементы (23).
Таким образом, предложенная конструкция панели обладает высокой жесткостью и простотой изготовления за счет соединение сеток, армирующих панель с обеих сторон жесткими самофиксирующими элементами без применения сварки, скруток, хомутов или каких либо подобных элементов крепления.. При этом имеется возможность  насыщения панели элементами силового каркаса, работающими совместно с элементами внешней отделки панели (бетоном или аналогичными связующими материалами), что повышает прочность панели, и расширяет области ее применения, а получаемая несущая конструкция имеет высокую прочность и надежность.
Применение в качестве сердечника вспененных материалов - пенопластов (например, пенополистирола) позволит уменьшить теплопроводность панели и строить из них теплые дома и холодильники.  Легкость пенопластов и их непотопляемость  позволяет широко внедрить применение панелей в строительстве судов  и других плавсредств из монолитного железобетона. Учитывая малую плотность пенополистирола, можно применить данную конструкционную панель в качестве обшивки судна с двойным днищем и бортами. При этом  судно  будет иметь положительную плавучесть, даже будучи затопленным водой.
При строительстве массивных плавучих буровых платформ  и местах, где имеется опасность подвижки платформ льдами, учитывая плотность монолитного бетона, возможно, применить следующую технологию:
- опорные конструкции платформ изготавливать в сухих доках;
- готовые конструкции опорных частей платформ в горизонтальном положении по воде доставлять буксирами к месту установки;
- на месте установки производить частичное затопление опор платформ до установки на дно.
С учетом технологической необходимости по установке опор на место, положительная плавучесть конструкций не должна быть большой, но будет позволять провести затопление опор. После установки опор платформ можно произвести их затопление, пригруз, объединение опор в группы для создания большей устойчивости от воздействия льдов. Так как конструкции опор пустотелые, можно использовать их для насыщения оборудованием и проживания людей.