УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СИЛОВОЙ УЗЕЛ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ БЫСТРОВОЗВОДИМЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ЗДАНИЙ

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.