Ферменный заполнитель многослойной панели

Полезная модель относится к области строительства, в частности к многослойным ферменным конструкциям, с заполнителем в виде стержневых элементов, и может быть использована для прокладки коммуникаций, трубопроводов пневматических и гидравлических систем, кабелей и проводки электрооборудования, а также в производстве многослойных панелей из различных материалов, таких как металлы, керамика, полимеры, композиты, работающих на устойчивость при действии наружного давления и сжимающей силы.
Основным несущим элементом в трехслойных конструкциях является заполнитель, геометрические и механические характеристики которого влияют на способность конструкции воспринимать различные виды нагружения.
Известен патент «Методы производства многослойных многофункциональных ферменных конструкций и связанных с ними конструкций». Многослойная панель состоит из, по меньшей мере, двух сформированных за одно целое слоев конструкционного материала, представляющих собой чередующихся пирамидальные ячейки, прикрепленные к каждой из двух обшивок, причем слои сформированы как одно целое друг с другом без отливки (Патент US №2006080835, опубл. 20.04.2006, МПК В23Р 11/00, B21D 47/04; В32В 3/10; Е04С 2/32; В23K).
Недостатком данной панели является сложность конструкции из-за большого количества конструктивных элементов, что не позволяет прокладывать провода и другие элементы коммуникаций, что ограничивает функциональные возможности конструкции.
Известен патент «Производство решетчатых ферменных конструкций из монолитных материалов». Панель состоит из монолитной решетчатой ферменной конструкции. Структура на основе монолитной решетчатой фермы содержит множество частей ферменного блока, содержащих две части лицевого листа и множество рядов ножек, находящихся между ними и соединяющими указанные части лицевой панели, причем указанные части ферменного блока имеют одинаковые металлургические и микроструктурные свойства (Патент US №2012285114, опубл. 15.11.2012, МПК Е04С 3/08).
Недостатком является то, что ферменные элементы многослойной панели расположены слишком плотно друг к другу и имеют небольшую высоту из-за особенностей их изготовления, что ограничивает возможности для проводки различных коммуникаций (трубопроводов, проводов, кабелей, электрооборудование) значительного диаметра между стержневыми элементами многослойной панели.
Наиболее близким по технической сущности и взятым в качестве прототипа является изобретение «Ферменный заполнитель многослойной панели», содержащий ферменный заполнитель многослойной панели, представляющий собой объемную структуру в виде повторяющихся пирамидальных или тетраэдальных ячеек, вершины которых направлены в противоположные стороны, с ребрами, выполненными из зигзагообразных стержневых элементов, имеющих шипы на вершинах и основаниях каждой ячейки у пирамидальных, тэтраэдальных только в основании, а у других - шипы отсутствуют, при этом ребра стержневых элементов расположены и направлены под заданными углами к основанию, прорези, предназначенные для соединения ферменных заполнителей в единую ячейку, находятся у пирамидальных на внутренней стороне профиля, у тэтраэдальных - чередуются, а у остальных - только на внешней стороне профиля, сами же ячейки крепятся с помощью шипов стержневых элементов к обшивкам благодаря отверстиям в обшивках под размеры и конфигурацию шипов (Патент РФ №2 580 729, опубл. 10.04.2016, МПК В32В 7/00, B21D 47/00).
Недостатком данного технического решения является то, что эта конструкция сложная, состоящая из переплетенных тетраэдальных и пирамидальных ячеек, что ограничивает пространство между этими ячейками и снижает функциональные возможности для проводки различных видов коммуникаций в виде трубопроводов, проводов, кабелей и иных.
Решаемой задачей предполагаемой полезной модели является упрощение ферменного заполнителя многослойной панели и расширения функциональных возможностей для проводки различных видов коммуникаций (трубопроводов пневматических и гидравлических систем, а также проводов, кабелей и элементов электрооборудования) без нарушения целостности панели, и, как следствие, снижения ее прочностных характеристик, что ведет к повышению эффективности ферменного заполнителя в целом.
Техническим результатом полезной модели является создание простого и эффективного ферменного заполнителя многослойной панели за счет расширения функциональных возможностей путем образования внутренних объемов для прокладки различных коммуникаций в виде трубопроводов пневматических и гидравлических систем, проводов, кабелей и элементов электрооборудования внутри многослойной панели без снижения ее прочностных характеристик.
Технический результат достигается тем, что в ферменном заполнителе многослойной панели, представляющая собой объемную структуру в виде ячеек ферменных элементов состоящих из повторяющихся элементов, в вершинах и основаниях которых выполнены шипы и прорези для соединения повторяющихся элементов, для соединения шипов с обшивками выполнены отверстия, согласно которой, ячейка из повторяющихся элементов выполнена в виде Х-образных стержневых элементов, которые соединены между собой попарно с помощью прорези в крестовине каждого X-образного стержневого элемента и расположены рядами, причем каждый X-образный стержневой элемент пары расположен перпендикулярно друг другу, при этом образованы прямоугольные ячейки, между рядами которых выполнены внутренние объемы для расположения различных видов коммуникаций, а ячейки расположены в ряд на одинаковом расстоянии друг от друга, постоянной ширины, по двум взаимно перпендикулярным направлениям, определяемом параметрами прокладываемых коммуникаций с возможностью обеспечения прочностных характеристик.
Новизной заявленной полезной модели является упрощение и повышение эффективности ферменного заполнителя многослойной панели за счет выполнения ячеек в виде ферменных элементов, выполненных из повторяющихся Х-образных стержневых элементов. Такая конструкция позволяет расширить функциональные возможности и область применения данной модели за счет того, что образованы прямоугольные ячейки ферменных стержневых элементов, которые расположены в ряд на одинаковом расстоянии друг от друга, а это позволяет выполнить внутренний объем для расположения различных видов коммуникаций. Значение ширины промежутка между рядами ячеек ферменного заполнителя может варьироваться в зависимости от параметров прокладываемых коммуникаций, диаметров трубопроводов и иных факторов. Внутренние объемы образованы, таким образом, шириной промежутка между рядами ячеек, которые позволяют располагать различные виды коммуникаций (например, трубопроводов, проводов, кабелей и элементов электрооборудования) в двух взаимно - перпендикулярных направлениях, что увеличивает эффективность использования панели с таким заполнителем. Помимо этого, расположенные внутри панели коммуникации могут участвовать в восприятии нагрузок на панель и тем самым повышать ее жесткость, т.е. прочностные характеристики.
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи, на которых изображено:
на фиг. 1 - Х-образные стержневые элементы;
на фиг .2 - заполнитель в виде ячеек прямоугольной формы состоящих из пары Х-образных стержневых элементов - в сборе;
на фиг. 3 - обшивка с отверстиями;
на фиг. 4 - панель ферменного заполнителя в сборе - в виде ячеек прямоугольной формы с обшивками;
на фиг. 5 - панель ферменного заполнителя в сборе - вид сбоку,
где: 1 позиция - Х-образные стержневые элементы; 2 позиция - прорези в основании крестовины; 3 позиция - шипы на вершинах и основаниях стержневого элемента; 4 позиция - ячейка прямоугольной формы в сборе; 5 позиция - верхняя и нижняя обшивка; 6 позиция - отверстия в обшивках под размеры и конфигурацию шипов; 7 позиция - внутренние объемы, образуемые между прямоугольными ячейками.
Конструкция в статике
Конструкция ферменного заполнителя выполнена из стержневых X-образных элементов 1 (фиг. 1), соединенных попарно путем совпадения прорезей в основании крестовины 2 каждого элемента, при этом каждый X-образный стержневой элемент 1 пары расположен перпендикулярно друг другу. На (фиг. 2) представлен заполнитель в виде ячейки из Х-образных стержневых элементов в собранном виде 4. На (фиг. 3) прямоугольные ячейки 4 в сборе шипами 3 вставляют в отверстия 6 обшивок 5 с одной и с другой стороны (сверху и снизу). Прямоугольные ячейки 4, образованы ферменными Х-образными стержневыми элементами и расположены в ряд на одинаковом расстоянии друг от друга, постоянной ширины так, что между ними образованы внутренние объемы 7 (фиг. 5), достаточные для расположения различных коммуникаций внутри многослойной панели (фиг. 4).
Производство конструкции ферменного заполнителя многослойной панели
Собирают прямоугольные ячейки 4 в одну конструкцию - соединяя пару Х-образных стержневых элементов 1 (фиг. 1), у каждого из которых выполнена прорезь 2 в крестовине для соединения, и каждый из них расположен перпендикулярно друг другу, при этом, для соединения их, когда один элемент стоит вертикально, а другой поворачивают на 180 градусов относительно горизонтальной оси и соединяют прорези 2 у основания крестовины каждого Х-образного стержневого элемента 1. Угол 90 градусов между парами Х-образных стержневых элементов 1 обеспечивает равномерное восприятие нагрузки по всем направлениям получаемой ячейки ферменных элементов 4 (фиг. 2) При этом для повышения надежности и прочности конструкции ферменного заполнителя, Х-образные стержневые элементы 1 сваривают либо склеивают между собой. После чего, образованные прямоугольные ячейки 4 Х-образными стержневыми элементами 1, между рядами которых выполнены внутренние объемы 7 в двух взаимно - перпендикулярных направлениях для расположения различного вида коммуникаций (трубопроводов, проводов, кабелей и элементов электрооборудования) соединяют с обшивками 5 (фиг. 3), для этого, шипы 3, находящиеся на вершинах и концах каждого из Х-образных стержневых элементов 1 пары вставляют в специальные отверстия в обшивках 6 под размеры и конфигурацию шипов 3 и места их контакта сваривают или склеивают для прочного соединения, повышая прочность и надежность ферменного заполнителя панели (фиг. 4) в целом. Внутренние объемы 7 между прямоугольными ячейками (фиг. 5) выполнены путем расположения прямоугольных ячеек 4 в ряд на одинаковом расстоянии друг от друга, постоянной ширины по двум взаимно перпендикулярным направлениям, определяемом параметрами прокладываемых коммуникаций. Выполнение размеров внутренних объемов 7 между прямоугольными ячейками 4 зависит от нагрузки, воспринимаемой панелью (фиг. 4): при ее увеличении допускается уменьшение расстояния между соседними ячейками 4 в виде ферменных стержневых элементов, для повышения прочностных характеристик панели в целом. Такие коммуникации, как трубопроводы, провода, кабели и элементы электрооборудования расположены внутри многослойной панели воспринимают часть внешней нагрузки. Таким образом, жесткость всей конструкции позволяет в большей степени воспринимать нагрузку и перераспределять ее на другие конструктивные элементы, что повышает эффективность панели в целом.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, заявленная полезная модель позволяет создать простой, эффективный ферменный заполнитель многослойной панели за счет расширения функциональных возможностей путем расположения различных видов коммуникаций в виде проводов, трубопроводов, кабелей и элементов электрооборудования внутри образованного объема между рядами ячеек ферменных элементов, выполненных из повторяющихся Х-образных стержневых элементов без снижения прочностных характеристик, способных воспринимать различные виды нагружения.