СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ ПЛИТКИ СБОРНОГО ПОКРЫТИЯ
METHOD FOR ARRANGEMENT OF TILE IN PRECAST PAVEMENT

Изобретение относится преимущественно к строительству и может быть использовано для покрытия стен, потолков, дорог, а также - в аэрокосмической области для обшивки летательных и спускаемых аппаратов и в других областях.
Известен способ построения плиты сборного покрытия по патенту России №2008387, Е01С 5/00, который включает построение образующего квадрата или прямоугольника, площадь которого равна площади плиты, на его сторонах строят боковые грани плиты с помощью сопряжения прямых линий одинаковой длины, образующих выступы и соответствующие им по форме впадины. Грани плиты симметричны и параллельны соответствующим сторонам образующего квадрата или прямоугольника. Рельеф всех граней выполняют одинаковым и с возможностью стыковки их с любыми гранями соседних плиток по всей длине образующего квадрата или прямоугольника. По периметру боковой поверхности плиты выполняют ступени.
Недостатком является большая толщина плиты и, как следствие, большой расход материала, что не позволяет применять ее для внутренней отделки зданий и тем более для обшивки летательных и других аппаратов, работающих в условиях высокой температуры или других экстремальных условиях. Это сужает эксплуатационные возможности плиты.
При сборке покрытия из такой плиты образуются ломаные стыковочные линии продольные и поперечные, что создает впечатления раздробленности покрытия особенно при нанесении рисунка с круговыми линиями, например рисунка под малахит.
Ступени на боковой поверхности плиты при укладке покрытия образуют глухое замковое соединение, из которого нельзя достать плиту, не сломав соседние плиты. Это неудобно и трудоемко при ремонте покрытия.
Ориентация боковых граней плиты параллельно сторонам образующего квадрата или прямоугольника и ее конфигурация обеспечивают укладку дорожного покрытия с ориентацией плиты только параллельно осям дороги. При воздействии поперечной нагрузки может сдвинуться вбок ряд плит по вертикальному стыку, что снижает надежность покрытия.
Известен также способ построения плиты сборного покрытия по патенту России №2047681, Е01С 5/00, принятый за прототип и включающий построение образующего квадрата или прямоугольника, площадь которого равна площади плиты, на его сторонах строят боковые грани плиты с помощью дуг, образующих выступы и соответствующие им по форме впадины, дуги имеют одинаковый радиус кривизны и одинаковую длину. Рельеф всех граней выполняют одинаковым в виде симметричных волн и с возможностью стыковки с любыми гранями соседних плит по всей длине образующего квадрата или прямоугольника. Грани плиты симметричны и параллельны соответствующим сторонам образующего квадрата или прямоугольника. Дуги сопрягают под углом 90° и 180°. По периметру боковой поверхности плиты выполняют ступени.
Для возможности выполнения ступеней на боковой поверхности плиты она имеет большую толщину, что не позволяет применять ее для внутренней отделки зданий и тем более использовать покрытие для обшивки летательных и других аппаратов, работающих в условиях высокой температуры или других экстремальных условиях. Это сужает эксплуатационные возможности плиты и увеличивает расход материала.
Ступени на боковой поверхности плиты при укладке покрытия образуют глухое замковое соединение, из которого нельзя достать плиту, не сломав соседние плиты. Это неудобно и трудоемко при ремонте покрытия.
Так как рельеф граней одинаковый и симметричный относительно образующего квадрата или прямоугольника, то при сборке покрытия из такой плиты видны строго ориентированные на плоскости волнистые стыковочные линии, продольные и поперечные, стыки которых прилегают не плотно и создают впечатление раздробленности покрытия особенно при нанесении рисунка с круговыми линиями, например под малахит.
Ориентация граней плиты параллельно сторонам образующего квадрата или прямоугольника и ее конфигурация обеспечивают укладку дорожного покрытия с ориентацией плиты только параллельно осям дороги. При воздействии поперечной нагрузки может сдвинуться вбок ряд плит по вертикальному стыку, если его не укрепить (подпереть) вдоль сторон дороги. Это снижает надежность покрытия. Если ориентировать плиты под углом 45° к осям дороги, то сбоку надо подставлять куски разрезанной плиты, что неудобно, трудоемко и снижает надежность покрытия, т.к. разрезанные плиты, если их не укрепить сбоку дороги бортами, будут сдвигаться в поперечном направлении.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей покрытия, экономия материала и повышение надежности покрытия.
Предлагаемый способ построения плитки сборного покрытия включает построение образующего квадрата или прямоугольника, площадь которого равна площади плитки, на его сторонах строят боковые грани плитки с помощью дуг, образующих выступы и соответствующие им по форме впадины, дуги имеют одинаковый радиус кривизны и одинаковую длину, рельеф противоположных граней выполняют с возможностью стыковки их с соответствующими гранями соседних плиток, дуги сопрягают под углом 90° и 180°.
В отличие от прототипа дуги выполняют четвертью окружности, центр окружности дуг располагают либо на стороне образующего квадрата или прямоугольника, либо на расстоянии радиуса внутрь или наружу от нее, грани плитки ориентируют под углом 45° к сторонам образующего квадрата или прямоугольника, для чего в трех углах образующего квадрата или прямоугольника размещают по одной дуге, опирающейся на стороны соответствующего угла образующего квадрата или прямоугольника, с центром окружности двух из них на вершине соответствующего угла образующего квадрата или прямоугольника и с центром окружности третьей дуги внутри образующего квадрата или прямоугольника, на расстоянии радиуса дуги от соответствующего угла образующего квадрата или прямоугольника, на четвертом углу образующего квадрата или прямоугольника размещают три последовательно сопряженные дуги, свободные концы которых опирают на соответствующие стороны этого угла, две дуги имеют общий центр окружности, размещенный на вершине угла образующего квадрата или прямоугольника, а центр окружности третьей дуги размещают снаружи образующего квадрата или прямоугольника на расстоянии радиуса дуги от соответствующей вершины образующего квадрата или прямоугольника, общее количество дуг делают четное, но не кратное 4. Плитку выполняют ассиметричной относительно образующего квадрата или прямоугольника.
Боковые плоскости плитки по периметру выполняют с уклоном к нижней ее плоскости. Вершины дуг, сопряженных под прямым углом, стороны которых соединяют при сборке покрытия с одной соседней плиткой, скругляют одинаковым радиусом.
Для построения вариантов плитки боковые грани выполняют либо в виде дуг и прямых линий, соединяющих точки сопряжения дуг, либо в виде прямых линий, последовательно соединяющих точки сопряжения дуг.
Для получения плитки необходимых размеров ее боковые грани увеличивают или уменьшают на четное число радиусов кривизны дуг.
Количество дуг в плитке выбирают в соответствии с формулой:L=(4×n)-2,
где L - количество дуг в плитке (четное число, но не кратное 4);
4 - количество боковых граней плитки;
n - количество дуг, расположенных на каждой стороне образующего квадрата (четное число);
2 - постоянная величина.
Построение граней плитки дугами одинакового радиуса и длины, равной четверти окружности, центр которой выбирают либо на стороне образующего квадрата или прямоугольника, либо на расстоянии радиуса внутрь или наружу от нее, осуществляют таким образом, чтобы дуги сопрягать под углом 90° и 180°. Количество дуг делают четное, но не кратное 4. В результате получают ассиметричный рельеф с гранями плитки, ориентированными под углом 45° к соответствующим сторонам образующего квадрата или прямоугольника, что видно при последовательном соединении точек сопряжения дуг прямыми линиями. (При этом получают новый рельеф сторон и новую фигуру - многоугольник, являющийся вариантом плитки и идентичный ей по площади и ориентации противоположных сторон - под углом 45° по отношению к соответствующим сторонам образующего квадрата или прямоугольника.)
Особенность плитки заключается в том, что при сборке покрытия в точке соприкосновения четырех углов образующих квадратов или прямоугольников нет общей точки соприкосновения четырех стыкуемых плиток, в отличие от прототипа. В результате обеспечивается возможность стыковки каждой плитки при сборке покрытия с шестью плитками (а не с четырьмя, как в прототипе), при этом в каждом углу образующего квадрата или прямоугольника образуется замковое соединение. Каждую грань плитки в пределах образующего квадрата или прямоугольника стыкуют с двумя плитками, в отличие от прототипа, где грань стыкуют только с одной гранью по всей ее длине.
Это обеспечивает повышение надежности соединения стыков, особенно при воздействии сдвигающей нагрузки, направленной вдоль линии стыка, что важно при эксплуатации покрытия в экстремальных условиях.
В отличие от прототипа ориентация граней плитки под углом 45° к сторонам образующего квадрата или прямоугольника и ее конфигурация позволяют укладывать плитку, например при покрытии дороги, ориентируя ее грани параллельно осям дороги, а стороны образующего квадрата или прямоугольника - под углом 45°. При этом ни продольные ни поперечные сдвигающие нагрузки не разъединят ряды плиток, благодаря глубоким замковым соединениям, образующимся в каждом углу образующего квадрата или прямоугольника. Это повышает надежность покрытия.
Надежное замковое зацепление граней плитки исключает необходимость выполнения ступеней на боковой ее плоскости, что обеспечивает возможность уменьшения ее толщины при необходимости и возможность ее изготовления из различных материалов: металла, дерева, керамики, камня, композитных и других материалов. Это экономит расход материала, а также позволяет применять ее как для внутренней отделки зданий и покрытия дорог, так и для обшивки летательных и других аппаратов, работающих в условиях высокой температуры или других экстремальных условиях, что расширяет эксплуатационные возможности плитки.
При образующихся замковых соединениях можно вынуть плитку из покрытия, приложив усилие, перпендикулярное верхней ее плоскости, не повредив соседние плитки, что повышает удобство при ремонте и снижает трудоемкость замены плитки.
Кроме того, ориентация противоположных сторон плитки под углом 45° по отношению к соответствующим сторонам образующего квадрата или прямоугольника и несимметричность рельефа плитки с возможностью ее стыковки между собой только по противоположным граням, обеспечивает сложную линию конфигурации стыков, зрительно стирающую грани между плитками, и создает впечатление монолитности образуемого покрытия. Особенно гармонично и неразрывно выглядит покрытие с нанесенным рисунком на плитке в виде хаотичных круговых линий, например под малахит. При этом конструкция плитки позволяет рисунку выходить за пределы площади одного образующего квадрата, продолжаясь на площади другого образующего квадрата, не преломляясь на их стыке, как в прототипе. Несимметричная волнистая линия стыка как бы повторяет круговые линии рисунка, подчеркивая его и создавая впечатление цельности и неразрывности, фиг.1, 18.
Выполнение боковой плоскости плитки по периметру с уклоном к нижней ее плоскости увеличивает площадь поверхности для взаимодействия с клеевым раствором, что повышает плотность и надежность стыковки.
Сопряжения дуг под прямым углом, которые соединяют с одной соседней плиткой, скруглены одинаковым (произвольным небольшим) радиусом, что обеспечивает плотность и точность стыковки плиток между собой, повышая надежность соединения и исключая обломы плитки (при выемке из оснастки, транспортировке, складировании и т.д.). Кроме того, удешевляется оснастка для изготовления плитки, т.к. скругленную форму ее изначально получают с помощью вращающегося режущего инструмента и нет необходимости дополнительно «выбирать» углы, делая их прямыми.
Таким образом, все заявляемые признаки являются существенными и решают поставленную задачу.
Изобретение представлено на чертежах.
Фиг.1. Плитка сборного покрытия, построенная на образующем квадрате. Общий вид, с рисунком под малахит.
Фиг.2. Плитка сборного покрытия, построенная на образующем квадрате. Общий вид.
Фиг.3. Плитка сборного покрытия, построенная на образующем квадрате. Общий вид. Показаны радиусы дуг.
Фиг.4. Плитка сборного покрытия, построенная на образующем квадрате. Общий вид, показана ориентация граней плитки под углом 45° по отношению к соответствующим сторонам образующего квадрата.
Фиг.5. Плитка сборного покрытия, построенная на образующем квадрате. Общий вид, варианты сопряжения дуг.
Фиг.6. Схема построения вариантов плиток.
Фиг.7. Плитка сборного покрытия, построенная на разных образующих квадратах. Общий вид.
Фиг.8. Плитка сборного покрытия, увеличенная в двух перпендикулярных направлениях.
Фиг.9. Вариант удлинения плитки.
Фиг.10. Плитка сборного покрытия, построенная на образующем прямоугольнике. Общий вид.
Фиг.11. Вариант увеличения плитки.
Фиг.12. Замковое соединение при стыковке четырех плиток.
Фиг.13. Покрытие, выполненное из плитки, построенной на образующем квадрате (с ориентацией сторон образующих квадратов параллельно горизонтальным осям покрытия).
Фиг.14. Покрытие, выполненное из плитки, построенной на образующем квадрате (с ориентацией граней плиток параллельно осям дороги).
Фиг.15. Плитка сборного покрытия, построенная на образующем квадрате (показаны скругленные углы сопряжения дуг). Общий вид.
Фиг.16. Соединение из четырех плиток.
Фиг.17. Варианты плиток, включая многоугольники.
Фиг.18. Плитка сборного покрытия, построенная на образующем квадрате. Общий вид, с рисунком под малахит (цветное изображение).
Плитка сборного покрытия построена на образующем квадрате 1 с помощью дуг, образованных четвертью окружности с одинаковым радиусом кривизны и сопряженных либо под углом 90°, позиция 2, либо - 180°, позиция 3, фиг.2. Центр окружности дуг 4 расположен на стороне D образующего квадрата, центр окружности дуг 5 расположен на расстоянии радиуса внутри стороны В образующего квадрата 1, центр окружности дуг 6 расположен на расстоянии радиуса наружу от стороны С образующего квадрата 1, фиг.3. Противоположные грани плитки ориентированы под углом 45° по отношению к соответствующим сторонам А, В и С, Д образующего квадрата 1, что видно при последовательном соединении точек сопряжения дуг линиями, фиг.4.
Плитка может быть разной конфигурации, фиг.5.
Для ее построения сначала строят, например, образующий квадрат, в соответствии с формулой
1
L=R×k,
1
где L - длина стороны образующего квадрата;
R - радиус кривизны дуги;
k - количество дуг, расположенных на каждой стороне образующего квадрата (четное число).
Оптимальной является плитка, фиг.2, построенная на образующем квадрате с помощью 22 дуг, где n=6, в соответствии с формулой L=(4×n)-2,
где L - количество дуг в плитке (четное число, но не кратное 4);
4 - количество боковых граней плитки;
n - количество дуг, расположенных на каждой стороне образующего квадрата (четное число).
При n=6 формула примет вид
L=(4×6)-2=22.
Величину радиуса выбирают произвольно и в зависимости от геометрических размеров, площади плитки и материала, из которого ее изготовят (мягкого, хрупкого, пористого, эластичного, композитного и т.д.).
Затем в трех углах образующего квадрата 1 строят дуги. Две из них 7 и 8 имеют центр окружности на вершине угла образующего квадрата соответственно 9 и 10. Центр окружности третьей дуги 11 размещают на диагонали внутри образующего квадрата 12. В четвертом углу строят три сопряженных дуги 13, 14, 15, при этом свободный конец у двух дуг опирается на соответствующую сторону образующего квадрата. Центр окружности дуг 13, 14 размещают на вершине угла 16 образующего квадрата. Центр окружности 17 дуги 15 размещают снаружи образующего квадрата, либо на прямой, расположенной под углом 45° к сторонам образующего квадрата, проходящей через вершину угла 16, фиг.6а и фиг.6в, либо на продолжении диагонали, проходящей через вершину угла 16, фиг.6б. При этом одна дуга 14, фиг.6а, в, либо дуга 15, фиг.6б, выходит за пределы образующего квадрата ни одним своим концом не опираясь на него.
При изменении величины радиуса кривизны дуг изменяются размеры и площадь нового образующего квадрата и соответственно - плитка, построенная на этом квадрате, площадь которой равна площади образующего квадрата, но профиль ее остается неизменным, фиг.7.
Плитку можно увеличивать как в любую из сторон образующего квадрата, так и в несколько сторон одновременно, не изменяя радиуса кривизны дуг. При этом любую сторону плитки можно удлинить на четное количество дуг. Если увеличить длину плитки по горизонтальной и вертикальной стороне образующего квадрата на одинаковое количество дуг, то во вновь созданной плитке образующим будет новый квадрат, фиг.8.
При увеличении длины стороны плитки только в одном направлении во вновь созданной плитке образующим будет не квадрат, а прямоугольник, но плитка в нем будет ориентирована по отношении к его сторонам также под углом 45°, фиг.9.
Удлинение профиля одной из сторон плитки можно рассчитать по формуле
2
1
L=(L+2R)+m×R,
2
где L - максимальное расстояние между крайними точками сопряжения дуг, расположенных на противоположных сторонах образующего квадрата или прямоугольника;
1
L - длина стороны образующего квадрата или прямоугольника;
R - радиус кривизны дуги;
m - коэффициент удлинения, равный четному числу.
Если необходимо дальше удлинять профиль сторон плитки, не меняя радиуса кривизны дуг, то за основу построения можно брать как первоначальный образующий квадрат, так и образовавшийся квадрат или прямоугольник, являющийся образующим для вновь созданной плитки, фиг.10а, б.
На фиг.11 изображена плитка, произвольно увеличенная на основании плитки, выполненной из 22 дуг. Причем грань А удлинена на 6 дуг, а грань С удлинена на 4 дуги. Профиль плитки выбран произвольно, пунктиром показано возможное изменение положения дуг согласно задаваемым характеристикам плитки. При всем множестве вариантов площадь плитки не изменится и будет равна вновь созданному образующему прямоугольнику.
Необходимость изменения размеров плитки и ее конфигурации зависит от назначения, наибольшей отдаленности одинаковых элементов профиля друг от друга, эстетического восприятия и т.п.
При соединении четырех аналогичных плиток с общей точкой соединения углов их образующих квадратов, благодаря кривизне профиля, образуется своеобразное замковое соединение 18, фиг.12, которое не позволяет любой из плиток смещаться относительно трех остальных плиток. Такое замковое соединение образуется в покрытии вокруг всех четырех углов образующего квадрата или прямоугольника плитки. Таким образом, блок из жестко связанных между собой четырех плиток становится как бы новой плиткой. Однако этот блок легко разъединить, сдвинув весь ряд состыкованных плиток по вертикальному 19 или горизонтальному 20 стыку усилиями, прикладываемыми перпендикулярно соответствующей осевой стыковочной линии, фиг.13.
Геометрическая форма замков разная и зависит от вариантов расположения дуг на гранях плитки, фиг.5.
Например, при покрытии дороги можно ориентировать грани плитки параллельно осям дороги, тогда стороны образующего квадрата 1 или прямоугольника расположатся под углом 45° к осям дороги 21. При этом ни продольные ни поперечные сдвигающие нагрузки не разъединят ряды плиток, благодаря глубоким замковым соединениям, образующимся в каждом углу образующего квадрата или прямоугольника, фиг.14.
При изготовлении плитки из хрупких и непрочных материалов (пенопласт, дерево и т.д.) для предотвращения обломов и скалываний в точках сопряжения дуг, а также для упрощения и удешевления изготавливаемой оснастки для производства плитки, сопряжения дуг под прямым углом, которые соединяют с одной соседней плиткой, скругляют одинаковым небольшим и произвольным радиусом.
При соединении трех плиток в общей точке соприкосновения два сопряжения дуг под углом 90°, по одному на соседних плитках, остаются неизменными, не скругленными. Таким образом, на каждой из граней плитки остается по одному соединению двух дуг, сопряженных под углом 90°, но не скругленных, фиг.15, места округлений показаны крестиком.
Так как плитка выполнена 22 дугами и ориентирована своими гранями к сторонам образующего квадрата под углом 45°, то четыре соединенных вместе плитки не имеют одной общей для всех точки соприкосновения. При этом две противоположные плитки, ориентированные по диагонали квадрата, соединяются с тремя соседними плитками, а две противоположные плитки, ориентированные по другой диагонали, соединяются только с соседними плитками, не соединяясь между собой, и отдалены друг от друга на величину длины дуги, фиг.16.
Толщина плитки произвольная и зависит от заданных геометрических размеров, назначения и свойств материала, из которого ее будут изготавливать. Торцы плитки по всему периметру могут быть выполнены под прямым углом к ее лицевой и тыльной поверхности. Для более плотного прилегания плиток друг к другу их торцы по всему периметру скашивают под небольшим произвольным углом к нижней плоскости.
Если соединить последовательно все точки сопряжения дуг прямыми линиями, то все отрезки их будут одинаковой длины. Заменив дуги прямыми линиями частично или полностью, получают многогранники, являющиеся вариантами плитки, площади которых равны площади исходной плитки или его образующего квадрата, фиг.17. Если для создания таких многоугольников с произвольными или заданными характеристиками за основу взять любую измененную плитку, построенную на образующем квадрате или прямоугольнике, то независимо от отношения длин плиток к их ширине данная плитка всегда будет ориентирована под углом 45° к своему образующему прямоугольнику. Однако в плитке с прямыми линиями отсутствует эффект запирающих замков.
Плитку можно изготавливать как с плоской поверхностью, так и с радиальной сферической и цилиндрической для возможности покрытия ей объемных цилиндрических и шарообразных поверхностей.