СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ И ПРОФИЛЬ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ
BUILDING STRUCTURE AND SECTION OF BUILDING STRUCTURE

Изобретения относятся к области строительства и могут быть использованы при изготовлении разнообразных, преимущественно светопрозрачных или условно светопрозрачных конструкций, включая зенитные фонари, кровельные перекрытия, навесы, тенты, рамы со сплошным застеклением, фасадные ограждения, разделительные перегородки и других.
7
7
7
Известны разнообразные строительные конструкции, содержащие каркас из цельного металлического профиля, внутри которого с использованием уплотнений установлен, как правило, светопрозрачный модуль. Конструкции созданы на основе комплектов унифицированных профилей, содержащих такие общие для всех элементы, как полую несущую стойку или полый ригель с парой продольных ребер с полками на их концах, имеющими продольные пазы для размещения уплотнений, и расположенным между ними ребром коробчатого сечения, одно из оснований которого совмещено с полкой П-образного ребра, в полости которого зафиксирована дюбель-вставка для размещения крепежного средства, прижимную планку с гнездами для уплотнения и упругую крышку [Описания изобретений к патентам РФ: №2144601 от 25.03.1999, МПК Е06В 1/38, опубл. 20.01.2000; №2144602 от 25.03.1999, МПК Е06В 1/38, опубл. 20.01.2000 и №2144973 от 25.03.1999, МПК Е06В 1/38, опубл. 27.01.2000]. Указанные конструкции решают задачу расширения возможности варьирования формами сооружений при минимизации используемых при этом конструктивных элементов и стыковочных узлов, обеспечивающих заданное положение ограждающих конструкций, а также обеспечение соблюдения повышенных требований по теплоизоляции. Особенностью данных технических решений является то, что преимущественная область их применения ограничена конструкцией крупноразмерных окон-витрин.
Недостатком упомянутых строительных конструкций является их преимущественно вертикальное положение при эксплуатации и относительная сложность изготовления и монтажа. Это делает нецелесообразным использование данных устройств, например, в качестве элементов остановочных павильонов, зенитных фонарей и т.д., где применяются стеклопакеты или ячеистые полимерные материалы, требующие соблюдения особого режима микроциркуляции условно замкнутых и сообщающихся полостей.
Известна строительная конструкция, содержащая каркас из набора металлических профилей, внутри которых с использованием уплотнений установлен светопрозрачный или условно светопрозрачный модуль [Рекламный проспект фирмы BIK Bouwprodukten BV (NL) Isolight © Enkelzijdige Lessnaarskap BIK. Montage instructies/ Augustus 2007]. Основу конструкции составляет набор специальных профилей - некое длинномерное плоское основание с элементами цилиндрических кинематических пар по краям и посадочным узлом с ответным элементом кинематической пары. Профили собираются на месте монтажа, и существует возможность выставить в заданных пределах угол расположения светопрозрачного модуля. Это позволяет, в частности, компенсировать дефекты формы базовых опорных поверхностей, использовать одни и те же профили для монтажа конструкций с разным углом наклона светопрозрачных модулей и т.д.
Тем не менее набор специальных профилей с шарнирным соединением элементов не позволяет изготавливать из них рамные конструкции, поскольку сопряжение изначально подвижных соединений весьма затруднительно. Кроме этого, существует вероятность того, что при определенных условиях открытое шарнирное соединение может разрушиться, например, при воздействии сильного ветра, силы тяжести, например, используемого стеклянного модуля вместо ячеистого поликарбонатного и т.д. Открытое шарнирное соединение значительно уступает по прочности цельному соединению, а в ряде случаев относительная подвижность специальных профилей попросту будет являться избыточной функцией в строительной конструкции.
7
Известны внешние светопрозрачные строительные конструкции, светопрозрачные модули которых установлены в каркасе из цельного металлического профиля с использованием уплотнений. Конструкции содержат разнообразные специальные профили, позволяющие осуществить монтаж на любом строительном объекте, которые содержат несущую стойку коробчатого или открытого сечения, на одной или двух смежных гранях которых расположены продольные полки с пазами, для размещения уплотнения, между полками выполнен продольный замкнутый профиль, выступающие боковые грани которого образуют U-образный профиль для размещения крепежных элементов и установки термовставок, между торцами стеклопакета и наружным и внутренним профилями, преимущественно, оконной створки размещены пластиковые подкладки и опоры стеклопакета, а в стенках наружных профилей выполнены дренажные отверстия, служащие для отвода влаги и обеспечения микроциркуляции воздуха [Описание изобретения к патенту РФ №2160349 от 09.06.2000, МПК Е06В 3/26, опубл. 10.12.2000]. Используемая система профилей позволяет сформировать строительную конструкцию практически любого назначения.
К недостаткам технического решения следует отнести большую номенклатуру специальных профилей, что говорит о сложности его реализации. Сборка законченных изделий осуществляется с использованием большого количества крепежных элементов, т.н. саморезов, которые воспринимают часть эксплуатационной нагрузки строительной конструкции. И хотя такие строительные сооружения легко поддаются монтажу и демонтажу, это достигается за счет неоправданного усложнения их конструкции и осуществляемой технологии сборки, а также за счет снижения надежности конструкции в целом.
Задача, решаемая настоящим изобретением группы, и достигаемый технический результат заключаются в расширении номенклатуры светопрозрачных или условно светопрозрачных строительных конструкций, которые могу быть использованы для различных хозяйственных нужд в различных условиях эксплуатации, простых в изготовлении и обслуживании, универсальных в применении, отличающихся надежностью, функциональностью и унификацией.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в строительной конструкции, содержащей каркас из цельного металлического профиля, внутри которого с использованием уплотнений установлен светопрозрачный или условно светопрозрачный модуль, цельный металлический профиль включает плоское основание и расположенный под углом к нему П-образный элемент, объединенные с использованием прямолинейной стенки, причем на плоском основании размещен треугольный в профиле пустотелый элемент жесткости, одна из сторон которого примыкает к прямолинейной стенке и расположена параллельно длинным полкам П-образного элемента, а кромка свободной части плоского основания выполнена с образованием продольной отбортовки, расположенной со стороны пустотелого элемента жесткости, при этом свободная длинная полка П-образного элемента со стороны своей кромки снабжена продольным выступом, направленным в сторону противоположной длинной полки и выполненным с возможностью фиксирования уплотнителя, содержащего упругий длинномерный профиль с двумя разделенными посадочной канавкой участками, один из которых выполнен с возможностью сопряжения кромки свободной удлиненной полки П-образного элемента с наружной плоскостью светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля, а другой имеет форму клина, расположенного между свободной удлиненной полкой П-образного элемента и светопрозрачным или условно светопрозрачным модулем.
Кроме этого:
- угол наклона длинных полок П-образного элемента к плоскому основанию лежит в пределах 20-35°;
- на кромке свободной полки П-образного элемента с ее наружной стороны выполнена продольная фаска;
- свободная полка П-образного элемента снабжена ограничителем-упором, расположенным внутри П-образного элемента со стороны короткой полки и выполненным в виде прямолинейного выступа;
- прямолинейная стенка снабжена двумя разнесенными друг от друга ограничителями-упорами, расположенными со стороны пустотелого элемента жесткости вдоль его длины и выполненными в виде прямолинейных выступов;
- плоское основание включает продольную направляющую канавку для позиционирования крепежных элементов, расположенную между элементом жесткости и продольной отбортовкой;
- металлический профиль выполнен из алюминиевого сплава;
- светопрозрачный или условно светопрозрачный модуль выполнен из ячеистого поликарбоната;
- уплотнитель выполнен из полимерной композиции.
Приведенный выше для первого изобретения группы уровень техники применим и для второго изобретения, поскольку там описаны различные варианты профилей специальных строительных конструкций.
Задача, решаемая вторым изобретением группы, и достигаемый технический результат заключаются в расширении номенклатуры профилей светопрозрачных или условно светопрозрачных строительных конструкций, которые могу быть использованы для различных хозяйственных нужд в различных условиях эксплуатации, простых в изготовлении и обслуживании, универсальных в применении, отличающихся надежностью, функциональностью и унификацией. Кроме того, обеспечивается увеличенная несущая способность созданного профиля, а также режим микроциркуляции воздуха и отвода конденсата.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата профиль строительной конструкции выполнен цельным металлическим согласно изложенным в первом изобретении группы признакам.
Изобретения поясняются чертежами, где:
- на фиг.1 показан общий вид строительной конструкции на основе цельного металлического профиля - аксонометрическая проекция;
- на фиг.2 изображен вид А фиг.1 - вид конструкции сверху (повернуто).
Строительная конструкция содержит каркас 1 из цельного металлического профиля 2, внутри которого с использованием уплотнителя 3 установлен светопрозрачный или условно светопрозрачный модуль 4, при этом цельный металлический профиль строительной конструкции включает плоское основание 5 и расположенный под углом к нему П-образный элемент 6, объединенные с использованием прямолинейной стенки 7, причем на плоском основании 5 размещен треугольный в профиле пустотелый элемент жесткости 8, сторона 9 которого примыкает к прямолинейной стенке 7 и расположена параллельно длинным полкам 10 и 11 П-образного элемента 6, а кромка 12 свободной части плоского основания 5 выполнена с образованием продольной отбортовки 13, расположенной со стороны пустотелого элемента жесткости 8 (т.е. расположены с одной стороны плоского основания 5), при этом свободная длинная полка 11 П-образного элемента 6 со стороны своей кромки 14 снабжена продольным выступом 15, направленным в сторону противоположной длинной полки 10 и выполненным с возможностью фиксирования уплотнителя 3, содержащего упругий длинномерный профиль с двумя разделенными посадочной канавкой 16 участками, один из которых - 17 - выполнен с возможностью сопряжения кромки 14 свободной удлиненной полки 11 П-образного элемента 6 с наружной плоскостью 18 светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля 4, а другой - 19 - имеет форму клина, расположенного между свободной длинной полкой 11 П-образного элемента 6 и светопрозрачным или условно светопрозрачным модулем 4.
Следует отметить, что под термином «условно светопрозрачный» следует понимать способность материала хотя бы частично пропускать сквозь себя свет, в отличие от термина «светопрозрачный», подразумевающего способность материала пропускать сквозь себя свет в полной мере.
Дополнительно, угол α наклона длинных полок 10 и 11 П-образного элемента 6 к плоскому основанию 5 лежит в пределах 20-35°, на кромке 14 свободной длинной полки 11 П-образного элемента 6 с ее наружной стороны выполнена продольная фаска 20, причем полка 11 снабжена ограничителем-упором 21, расположенным внутри П-образного элемента 6 со стороны короткой полки 22 и выполненным в виде прямолинейного выступа. Прямолинейная стенка 7 снабжена двумя разнесенными друг от друга ограничителями-упорами 23, расположенными со стороны пустотелого элемента жесткости 8 вдоль его длины и выполненными в виде прямолинейных выступов, причем плоское основание 5 включает продольную направляющую канавку 24 для позиционирования крепежных элементов 25, расположенную между пустотелым элементом жесткости 8 и продольной отбортовкой 13. Металлический профиль 2 выполнен, предпочтительно, из алюминиевого сплава, светопрозрачный или условно светопрозрачный модуль 4 - из ячеистого поликарбоната, а уплотнитель 3 - из полимерной композиции. Это наиболее предпочтительные материалы с точки зрения практичности и функциональности.
Проанализируем существенность признаков изобретений.
Светопрозрачная или условно светопрозрачная конструкция с каркасом 1 из цельного металлического профиля 2 является оптимальной для решения ряда хозяйственных задач в строительстве. Номенклатура из трех оригинальных элементов - специального металлического профиля 2, светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля 4 требуемой формы и размера и соответствующего уплотнителя 3 позволяет получить все многообразие типовых, наиболее распространенных и востребованных светопрозрачных или условно светопрозрачных строительных конструкций, которые могут быть использованы в качестве, например, зенитных фонарей, кровельных перекрытий, навесов, тентов, рамных сооружений со сплошным застеклением, фасадных ограждений, разделительных перегородок и других.
Цельный металлический профиль 2, в отличие от составного, обеспечивает наибольшую прочность и надежность строительной конструкции. Благодаря существующим технологиям непрерывного горячего прессования оказалось возможным изготовить прямолинейный профиль достаточно сложного сечения со множеством конструктивных элементов. Такой профиль 2 не имеет внутренних напряжений, характерных, например, для профилей, полученных прокаткой или гибкой и отличается равномерностью своей внутренней структуры и стабильностью размеров.
Плоское основание 5 металлического профиля 2 усилено пустотелым элементом жесткости 8 треугольной в профиле формы. Это позволило сохранить необходимую прямолинейность и плоскостность основания 5 и его жесткость, что очень важно при монтаже длинномерных и крупноразмерных строительных конструкций. Кроме того, на данный элемент жесткости 8 могут опираться различные несущие балки 26. По этой причине его опорная поверхность (сторона 9) параллельна длинным полкам 10 и 11 П-образного элемента 6, что позволяет повторять (копировать) профиль поверхности (наружной плоскости 18) светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля 4, начиная сразу же после его заделки между соответствующими полками 10 и 11. Светопрозрачный или условно светопрозрачный модуль 4, если он сделан, например, из полимерного материала, может принимать любую необходимую форму, в частности быть изогнутым по длине. Такие возможности обеспечивает, например, ячеистый поликарбонат. Для удобства монтажа профиля 2 на некой базовой поверхности на плоском основании 5 предусмотрена направляющая канавка 24 для позиционирования крепежных элементов 25 разнообразной конструкции. На податливых деревянных, металлических и др. поверхностях 27 крепежный элемент 25, например саморез, может быть установлен в эту канавку 24 и при наличии определенных навыков с минимальными усилиями завернут до упора, обеспечивая при этом необходимую фиксацию профиля 2 на базовой поверхности 27. На менее податливых поверхностях может потребоваться совместная засверловка плоского основания 5 металлического профиля 2 и, например, бетонного основания с установкой необходимого количества дюбелей (условно не показаны) и т.д. В этом случае направляющая канавка 24 будет служить для начального позиционирования сверла.
Кромка 12 свободной части плоского основания 5 выполнена с образованием продольной отбортовки 13, расположенной со стороны пустотелого элемента жесткости 8. Это облегчает при установке металлических профилей 2 на некой неровной поверхности производить их достаточно легкое, беспрепятственное скольжение. Кроме того, при установке профиля 2 на битумные заливки продольная отбортовка 13 предохраняет от затекания герметика после его размягчении, например, от воздействия солнечного тепла.
П-образный элемент 6 расположен под углом к плоскому основанию 5 и объединен с ним при помощи прямолинейной стенки 7. Угол 20-35° обеспечивает удобство монтажа строительной конструкции и в отличие от параллельного расположения позволяет даже после монтажа металлического профиля 2 на горизонтальной плоскости производить визуальную оценку состояния всех его посадочных поверхностей. Иными словами, исключается необходимость нагибаться и заглядывать вовнутрь профиля 2, например, для выявления посторонних предметов, способных помешать сборке и т.д. Кроме того, в большинстве случаев наличие наклонных поверхностей позволяет без усилий и не прибегая к дополнительным доработкам конструкции собирать и отводить конденсат, который образуется, например, от разницы температур внутри и снаружи строительной конструкции. Также на практике установлено, что углы наклона менее 20° при работе с металлическим профилем 2 воспринимаются и обслуживаются, как если бы П-образный элемент 6 был параллелен плоскому основанию 5, при этом практически невозможной становится установка в закрепленные профили 2 светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля 4, для этого требуется его сложный изгиб. Углы более 35° не обеспечивают достаточную надежность фиксации модуля 4. Например, в помещении малого объема могут быть резко закрыты двери, в результате чего за счет избыточного давления плохо закрепленный модуль может попросту вывалиться или отлететь на значительное расстояние.
Необходимая влагоизоляция строительной конструкции достигается проверенным способом - за счет размещения между свободной длинной полкой 11 П-образного элемента 6 и наружной плоскостью 18 светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля 4 полимерного уплотнителя 3, например, резинового, который удерживается от выпадения при помощи продольного выступа 15 на кромке 14 свободной длинной полки 11 П-образного элемента 6, контактирующего с посадочной канавкой 16. Таким образом обеспечивается влагоизоляция и обтекаемое, за счет округлой формы участка 17, сопряжение кромки 14 свободной длинной полки 11 П-образного элемента 6 с наружной плоскостью 18 светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля 4, чему также способствует продольная фаска 20, при этом клиновая форма участка 19 уплотнителя 3 обеспечивает удобство его монтажа. В итоге, например, при сильном ветре исключаются акустические эффекты типа свиста, избыточного шума и им подобные.
Необходимый режим микроциркуляции воздуха и отвода конденсата внутри замкнутых полостей собранной строительной конструкции обеспечивается за счет создания гарантированных технологических зазоров (пустот) по длине металлического профиля 2. Один такой гарантированный зазор образован продольным ограничителем-упором 21 (прямолинейным выступом), расположенным на свободной длинной полке 11 П-образного элемента 6 со стороны его короткой полки 22, в который упирается кромка 28 светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля 4 - стекла, поликарбоната и т.д., а другой гарантированный зазор образуется между ограничителями-упорами 23 (прямолинейными выступами) расположенными на прямолинейной стенке 7, в который может упираться торец некой несущей балки 26. В короткой полке 22 П-образного элемента 6 и в прямолинейной стенке 7 высверливают технологические отверстия 29 для отвода конденсата и обеспечения микроциркуляции воздуха. В противном случае в строительной конструкции могут образоваться полости («карманы»), ухудшающие ее эксплуатационные характеристики, например, фрагменты ячеистого поликарбоната будут постоянно запотевшими, конденсат по мере его накопления будет произвольно сливаться сверху вниз на находящихся внизу людей и т.д.
Использование изобретений рассмотрим на следующих примерах.
Пример 1. На крыше производственного корпуса необходимо смонтировать зенитный фонарь. Для этого существует прямоугольный технологический проем с гидроизолированной от кровли бетонной горловиной (см., например, поз.27). Базовая поверхность горловины представляет собой горизонтальную плоскость. Рекомендуемая форма поверхности светопрозрачного или условно светопрозрачного модуля 4 - арочный свод.
После производства необходимых замеров и расчетов отрезают заготовки цельного металлического профиля 2 нужной длины и один светопрозрачный или условно светопрозрачный модуль 4 из ячеистого поликарбоната или несколько модулей, если горловина имеет большую протяженность. При необходимости готовят несущие (они же - стыковочные) балки 26 и при необходимости придают им необходимую форму, например арочную. Уплотнитель 3, как правило отрезают по месту.
Далее на две противолежащие базовые поверхности горловины наносят слой гидроизоляции, например битума, устанавливают металлические профили 2 и фиксируют их при помощи крепежных элементов 25. Далее в пределах упругих деформаций изгибают лист поликарбоната (см. поз.4) и вставляют его между длинными полками 10 и 11 П-образного элемента 6 противолежащих профилей 2 (второй профиль условно не показан). Лист 4 становится враспор между ограничителями-упорами 21. При необходимости ставят несущие балки 26, которые опираются на пустотелый элемент жесткости 8 и упираются в ограничители-упоры 23. Вставляется следующий лист поликарбоната и т.д. Между свободной удлиненной полкой 11 П-образного элемента 6 и светопрозрачным или условно светопрозрачным модулем 4 ставят уплотнитель 3, просовывая с усилием его клиновую поверхность в имеющийся зазор до момента фиксации посадочной канавки 16 с продольным выступом 15 на кромке 14 свободной длинной полки 11 П-образного элемента 6. Уплотнение и фиксацию стыковочных поверхностей несущей балки 26 и листов 4 поликарбоната, если они имеются, производят в обычном порядке любым из традиционных методов, в том числе описанных в уровне техники.
В необходимых местах металлического профиля 2 засверливают технологические отверстия 29 для отвода конденсата и микроциркуляции воздуха.
Герметизацию боковых торцевых участков смонтированного зенитного фонаря производят, например, кирпичной кладкой и т.д.
Пример 2. Необходимо получить прямоугольную рамную конструкцию с плоским светопрозрачным модулем 4, выполненным из стекла.
По типу первого примера готовят заготовки профилей 2, торцы которых обрезают под углом 45°. За базу принимают плоскость длинных полок 10 и 11 П-образного элемента 6.
Металлические профили 2 собирают со стеклом и уплотняют стыки. В этом случае посадочная поверхность 30 полученной строительной конструкции будет иметь вид усеченной пирамиды. Такой же должна быть и ответная базовая поверхность на месте будущего монтажа.
Пример 3. Необходимо получить прямоугольную рамную конструкцию со светопрозрачным или условно светопрозрачным модулем 4, выполненным из поликарбоната в виде купола.
Аналогично второму примеру готовят заготовки профилей 2, торцы которых обрезают под углом 45°, но за базу принимают плоскость основания 5.
После монтажа и фиксации металлических профилей 2 на светопрозрачном или условно светопрозрачном модуле 4 последний разогревают и одновременно прикладывают усилия для совмещения обрезанных торцов соседних профилей 2 с приданием модулю 4 формы купола. Процесс ведут до тех пор, пока торцы металлических профилей не станут гарантированно соприкасаться по плоскости реза.
В этом случае посадочная поверхность 30 полученной строительной конструкции будет иметь вид плоскости. Плоской же должна быть и ответная базовая поверхность на месте будущего монтажа.
Кроме перечисленных примеров, подобным образом собирают и другие строительные конструкции - кровельные перекрытия, навесы, тенты, фасадные ограждения, разделительные перегородки и другие, в любом случае их основу составляет специальный унифицированный металлический профиль и светопрозрачный модуль.
Таким образом, в результате использования изобретений создан унифицированный профиль преимущественно светопрозрачной или условно светопрозрачной строительной конструкции и ее разнообразные варианты, которые могу быть использованы для различных хозяйственных нужд в различных условиях эксплуатации, отличающиеся простотой в изготовлении и обслуживании, надежностью и универсальностью в применении, функциональностью и унификацией. Обеспечивается увеличенная несущая способность созданного профиля, а также режим микроциркуляции воздуха и отвода конденсата.