НЕСУЩИЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Заявляемая полезная модель относится к области строительства, а именно к несущим теплоизоляционным элементам (НТЭ), и может быть использована при сооружении выступающих структурных частей зданий или сооружений, таких как балконы, парапеты, козырьки и т.п.
Несущий теплоизоляционный элемент термически отсекает указанные конструкции от теплового контура здания, изолируя соединения и устраняя, тем самым, мостики холода в самых критичных местах ограждающих конструкций и служит для теплоизоляции между двумя частями здания: перекрытием или стеной здания и выступающей вперед относительно здания строительной деталью, например, балконом. НТЭ является теплотехнической закладной деталью, обеспечивающей и поддерживающей комфортный климат внутри помещения.
Наличие упругого гистерезиса вследствие разного рода несовершенств приводит к тому, что каждый элемент циклически деформируемой среды становится своего рода источником тепла. Повышение температуры приводит к появлению температурных напряжений и может вызвать изменение упругих констант.
Температурный мост, или мостик холода - участок ограждающей конструкции здания (окончание бетонного элемента, стыки стен и т.п.), имеющий пониженное термическое сопротивление. Это может быть стык между частями конструкции или конструктивный элемент, состоящий из материалов с более высокой теплопроводностью. Такие участки охлаждаются сильнее, чем другие части ограждения, поэтому их еще называют «мостиками холода». Наличие температурных мостов значительно снижает эффективность теплозащиты здания (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0% A2%D0%B5% D0%BC%D0%BF% D0%B5%D1%80%D 0%B0%D1%82%D1% 83%D1%80%D0% BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81).
Если выступающая структурная часть здания или сооружения, например, балкон, не изолирована от теплового контура здания, то свободный, ничем не ограниченный поток энергии вырывается наружу, при этом внутренние поверхности быстро охлаждаются.
Температурные мостики являются причиной образования конденсата на внутренней части стены, при этом влага является основной причиной возникновения плесневого грибка, что в результате приводит к повреждению и разрушению конструкции из-за биокоррозии и биодеградации материалов и, соответственно, снижает прочность, надежность и теплоизоляционные свойства конструкции.
В большинстве известных несущих теплоизоляционных элементах для создания температурного мостика используют стержни из дорогостоящей нержавеющей стали. Однако в целях снижения затрат длину стержней из нержавеющей стали стараются  максимально уменьшить. Одним из примеров может быть применение общестроительной арматуры со вставками из нержавеющей стали, причем стыковое соединение арматуры и вставок, как правило, выполнено с помощью контактной сварки. Но в этом случае необходимо учитывать различную теплопроводность арматурной и нержавеющей сталей и, следовательно, различный коэффициент теплового расширения материалов. В случае возникновения пожара стыковое соединение, образованное посредством контактной сварки, будет разрушено, а элемент здания, например, балкон, может быть лишен несущей способности и, как следствие, это может привести к его обрушению.
Во время эксплуатации на сооружение воздействует множество внешних факторов, негативно влияющих на его прочностные параметры, устойчивость, а также качественные и количественные характеристики материала, использованного при строительстве. Все это, в свою очередь, отрицательно отражается на несущей способности здания, в частности, несущем каркасе, который состоит из таких ключевых конструктивных элементов, как грунт и фундамент, кровля, стены, перекрытия, балки, колонны, иногда фасад. Несущий каркас может быть выполнен из различных материалов, свойства которых также влияют на его прочностные показатели, а также устойчивость к внешним и внутренним нагрузкам.
Несущая способность объекта - изменяющаяся во времени величина. С увеличением срока эксплуатации и при агрессивном воздействии внешних факторов прочностные характеристики и устойчивость сооружения снижаются. На несущую способность влияет ряд условий: наличие жесткого армирующего звена, характер взаимодействия материалов, разгружающее действие отдельных элементов, состояние раствора или иного контактного слоя.
Для повышения прочностных характеристик выступающих структурных частей зданий или сооружений в них могут быть предусмотрены вкладыши, изготовленные, например, из цементного бетона или другого низкодеформируемого материала.
Из предшествующего уровня техники известно устройство для присоединения железобетонных плит к стенной или потолочной конструкции из железобетона, содержащее изолирующее тело для теплоизоляции и арматурную часть, которая имеет работающие на растяжение и работающие на сжатие элементы, при этом арматурная часть имеет замкнутые петли из волокнистого полимерного материала в качестве работающих на растяжение арматурных элементов и работающие на сжатие при изгибе и на сдвиг элементы с изменяющимися профилями из сверхвысокопрочного бетона, причем горизонтально расположенные петли уложены в изолирующем теле между подлежащей присоединению железобетонной плитой и стенной или потолочной конструкцией, а работающие на сжатие при изгибе и на сдвиг элементы интегрированы в изолирующее тело (патент № 2552281 на изобретение «Устройство для присоединения железобетонных плит к стенной или потолочной конструкции из железобетона», дата подачи 30.11.2011 г., дата публикации заявки 10.06.2015 г.).
Известен несущий теплоизоляционный элемент, который содержит размещенный в монолитном диске перекрытия, выполненного из бетона, теплоизоляционный термовкладыш в виде плиты «ПЕНОПЛЭКС», произведенной из экструзионного пенополистирола, при этом через монолитное перекрытие проходят рабочие элементы армирования, в качестве которых могут быть использованы или консольные балки, или пространственный каркас, или отдельные стержни (Методические рекомендации по устройству термовкладышей из экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС в монолитном домостроении. https://www.kupi-penoplex.ru/sert/termovkladishi.pdf).
Известен несущий теплоизоляционный элемент Schöck Isokorb (Шёкк Изокорб), состоящий из основного теплоизоляционного тела, выполненного из экструдированного пенополистирола, опорного элемента из фибробетона, и элементов армирования в виде арматурных стержней, работающих на растяжение и изготовленных из арматурных сталей, и элементов, имеющих изогнутую форму, воспринимающих  поперечные силы и включающих часть в виде вставки из нержавеющей стали (https://nova.rambler.ru/search?utm_source=head&utm_campaign=self_promo&utm_medium=form&utm_content=search&query=%D0%A8%D1%91%D0%BA%D0%BA+%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B1).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является теплоизолирующая вставка для стыков элементов строительных конструкций, содержащая теплоизоляционный элемент, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, и установленные в нем выступающие концами наружу стержневые армирующие элементы, которые расположены с чередованием элементов, средняя часть которых выполнена прямолинейной по отношению к их выступающим концам, и элементов, средняя часть которых выполнена под углом по отношению к их выступающим концам, при этом теплоизоляционный элемент выполнен из пеностекла, при этом упомянутые армирующие элементы выполнены со стыковочными муфтами, установленными на их концах (патент № 177349 на полезную модель  «Теплоизолирующая вставка для стыков элементов строительных конструкций», дата подачи 12.12.2017 г., опубликовано 16.02.2018 г.).
В известных решениях в целях экономии элементы армирования выполнены комбинированными, например, состоящими из основной части, изготовленной из углеродистой стали, и меньшей части, представляющей собой вставку из коррозионностойкого материала, в частности, нержавеющей стали. Обе части соединены между собой посредством контактной сварки. С учетом того, что используемые материалы имеют разную теплопроводность и, соответственно, разный коэффициент теплового расширения, то в случае возникновения, например, пожара, место стыка может быть разрушено и в этом случае структурный элемент здания, например, балкон, будет лишен несущей способности и возможно обрушен.
Кроме того, в известных конструкциях в качестве наполнителя чаще всего  применяют пенополистирол (ППС), который с течением времени превращается в паробарьер, препятствующий  удалению скопившегося водяного пара, что приводит к образованию плесневого грибка и биокоррозии элементов конструкции. При попадании влаги происходит ее впитывание и при воздействии низких температур она замерзает и разрушает пенопласт. Пенополистирол является весьма хрупким материалом, который при любом механическом воздействии может разрушиться, что, в свою очередь, приведет к снижению прочностных характеристик конструкции.
В конструкции ближайшего аналога стержневые армирующие элементы изготовлены из нелегированных или низколегированных сталей, характеризующихся пониженными прочностными свойствами. Известно, что введение в состав стали дополнительных легирующих химических элементов способствует улучшению механических и технологических свойств металла, увеличению его прочности, коррозийной стойкости, долговечности и других показателей. Так, например, добавление хрома делает из обычной стали нержавеющую, отличающуюся лучшей надежностью и прочностью по сравнению с прочими материалами.
Прочностные показатели материала прототипа могут быть снижены также из-за выполнения теплоизоляционного тела из пеностекла, при обжиге которого возможна спонтанная кристаллизация (девитрификация) стекломассы, при которой молекулы в стекле меняют свою структуру на структуру кристаллических твердых частиц. Помимо этого, присутствие посторонних примесей, таких как пыль, на поверхности стекла или внутри печи перед обжигом может обеспечить точки зарождения, где кристаллы могут легко распространяться. Все это способствует снижению прочностных характеристик.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая к защите полезная модель, заключается в повышении прочности несущего теплоизоляционного элемента.
Указанный технический результат достигается тем, что несущий теплоизоляционный элемент, включающий  теплоизоляционное тело, через которое проходят выступающие концами наружу армирующие элементы в виде чередующихся прямолинейных и изогнутых стержней, на концах которых установлены стыковочные средства, обеспечивающие взаимосвязь с общестроительной арматурой, при этом срединная часть изогнутых стержней диагонально проходит через теплоизоляционное тело под углом ≤90°, согласно полезной модели дополнительно содержит опорные элементы, количество которых совпадает с количеством изогнутых стержней, при этом армирующие элементы изготовлены из коррозионностойких материалов и на их концах выполнены полученные путем пластической деформации утолщения с нанесенной на них резьбой, ответно взаимодействующей с резьбой стыковочного средства.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где
фиг. 1 - общий вид несущего теплоизоляционного элемента;
фиг. 2 - продольный разрез несущего теплоизоляционного элемента;
фиг. 3 - вид сбоку несущего теплоизоляционного элемента;
фиг. 4 - вид сверху несущего теплоизоляционного элемента.
Заявляемое устройство состоит выполненного из теплоизоляционного материала тело 1 (теплоизоляционное тело), через которое проходят армирующие элементы в виде прямолинейных 2 и изогнутых 3 стержней, концы которых выступают за пределы теплоизоляционного тела. Стержни выполнены из коррозионостойкого материала, в частности, нержавеющей стали. Прямолинейные и изогнутые стержни присоединяют к общестроительной арматуре 4 посредством стыковочного средства 5. Изогнутые стержни 3 служат для восприятия поперечных нагрузок. Теплоизоляционное тело, испытывающее усилия сжатия, оснащено опорными элементами 6, количество которых совпадает с количеством используемых изогнутых стержней 3, которые препятствуют силам сжатия, воздействующим на теплоизоляционное тело.
Тело 1 изготавливают из теплоизоляционного материала, например, пенополиуретана, базальтового волокна, пенополистирола и т.п.
Для повышения прочности механических соединений арматуры в строительных конструкциях предварительно проводят  ее механическую обработку, благодаря которой достигается упрочнение стыкового соединения в целом. В заявляемой полезной модели концы стыкуемых армирующих элементов выполнены с утолщением, получаемым за счет пластической деформации, например, радиально-осевой ковки.
Стыковое соединение прямолинейных и изогнутых стержней с общестроительной арматурой образуется с помощью стыкового средства 5 соединения, в качестве которого используют полый элемент с внутренней резьбой. При этом на концы стыкуемых стержней и общестроительной арматуры также нанесена резьба, ответно взаимодействующая с резьбой стыкового средства 5. В качестве средства соединения может быть использована, например, муфта, или втулка, или отрезок трубы и т.п. При соприкосновении (доходе) двух стыкуемых концов арматуры друг до друга внутри соединительного элемента усиливается стопорение (надежность фиксации) элементов резьбового соединения дополнительным трением за счёт эффекта силового замыкания на резьбу (В.И. Тарханов, Р.М. Садриев. Учебное пособие. «Расчет резьбовых соединений», Ульяновск, 2010, 60 с., стр. 11-14).
На внутренней поверхности стыкового средства 5 может быть выполнена правая, или левая, или разнонаправленная резьба, нанесённая на два примерно равных участка, при этом на одном из них может быть нанесена, например, правая резьба, а на втором, соответственно, левая.
Кроме того, на внутренней поверхности средства соединения может быть выполнена коническая резьба.
Под действием поперечной нагрузки ось несущего элемента может деформироваться, при этом его верхние сечения смещаются относительно нижних. В результате от действия продольных сил возникают дополнительные изгибающие моменты, приводящие к дополнительным деформациям изогнутой оси и дополнительным напряжениям изгиба. Влияние подобных дополнительных напряжений на общее напряженное состояние может быть значительным.
Известно, что в балке из-за приложенной нагрузки и возникающих изгибающих напряжений возникают диагональные трещины, которые выступают под углом, величина которого зависит от конкретных габаритов изделия и отличается от  прямого. При этом конструктивный элемент прогибается под нагрузкой и в нем образуются два типа зон: зона растяжения и зона сжатия.
Для восприятия усилий растяжения и сжатия в заявляемой конструкции предусмотрены прямолинейные стержни и стержни, изогнутые в срединной части, при этом прямолинейные и изогнутые стержни расположены с чередованием.  Изогнутая часть стержней 3 проходит через теплоизоляционное тело под углом ≤90°, т.е. изогнутая часть диагонально входит в верхней части одной стороны теплоизоляционного тела и выходит в нижней части с другой стороны. Величина угла изгиба стержней 3 определяется в зависимости от  толщины/высоты теплоизоляционного тела.
Внутри теплоизоляционного тела размещены опорные элементы 6, изготовленные из высокопрочного бетона, либо коррозионностойкой стали. Опорные элементы служат для распределения и снижения внутренних напряжений, в частности, напряжения растяжения, что способствует повышению прочности устройства.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
На месте монтажа предварительно выполняют установку опалубки. Затем между арматурой перекрытия и арматурой выступающей детали здания, например, балконом, размещают несущий теплоизоляционный элемент. Наращиваемые концы общестроительной арматуры и стыкуемые с ними концы прямолинейных и изогнутых стержней соединяют между собой с помощью стыковых средств, например, муфт. После проведения проверки подготовленного основания, арматуры, правильности размещения крепёжных соединений, установки закладных элементов, осуществляют соединение несущего теплоизоляционного элемента с общестроительной арматурой плиты перекрытия и арматурой вытупающей детали здания. Затем выполняют бетонирование до полного погружения всей конструкции и её элементов в раствор заподлицо.
Заявляемое устройство имеет высокие прочностные и теплоизоляционные характеристики.