МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДУЛЬНАЯ МАТОЧНАЯ БАЛКА

Предметом настоящего изобретения является многофункциональная модульная маточная балка, которая, помимо того, что позволяет перекрывать большие пролеты, также обеспечивает новые свойства - благодаря своей конфигурации и отверстиям дает возможность создавать одинарные или двойные опоры и наложение балок под разными углами, а также соединение балок их различными частями.
При использовании модуля только одного типа, новой модульной маточной балки, можно строить конструкции, которые до сих пор требовали многообразия конструктивных элементов, а сам процесс строительства занимал много времени.
Маточную балку можно соединять под любым углом через спинку или закреплять боковинами или краями, при этом маточная балка может выполнять функцию опоры, балки, решетчатой балки или бруска и может усиливаться - в зависимости от задач конструкции.
Более того, обеспечивая такое практически неограниченное разнообразие типов соединений, маточная балка совсем не требует сварки, что означает возможность создавать большие конструкции, обходясь без сварки, строить надежные колонны, соединять их с балочными конструкциями, создавать разнообразные балочные фермы и усиления исключительно модульными соединениями, при этом маточные балки крепятся друг к другу болтами одного типа.
Фактически до недавнего времени все элементы металлических конструкций в зданиях (домах, павильонах, промышленных помещениях и теплицах), покрытия и опорные конструкции (такие как фасады, солнечные фермы, парковки) создавались с помощью элементов, разработанных проектом. Основным недостатком такого подхода является необходимость разработки специальных элементов для строительства данной металлоконструкции - от металлических плит большой толщины и веса до некоторых компонентов, требующих точного соблюдения размеров.
С другой стороны, для такой системы нужно большое количество соединительных элементов, и при строительно-монтажных работах требуются большие объемы работ по сварке, травлению и покраске. Затраты труда велики и стоимость работ высока. Кроме того, в силу характера конструкций, зачастую крупногабаритных, поднять их можно только с помощью тяжелых кранов.
При строительстве больших промышленных сооружений всегда приходилось сталкиваться с рядом проблем. Прежде всего, приходится перекрывать большие пролеты между опорами. Традиционное решение заключается в увеличении количества опор, что ограничивает полезную площадь. Кроме того, имеющиеся решения представлены также продольным перекрытием балок и соприкасанием с другими перпендикулярными балками под 90 градусов.
Предлагаемое изобретение позволяет пойти намного дальше: балка или маточная балка должна обладать следующими свойствами:
- Способность ложиться внахлест продольно на другую балку, позволяя перекрывать большие пролеты - решение, сходное с уже существующими; здесь, однако, возможен также и нахлест по всей длине спинки балки.
- Способность накладываться на другую балку под любым углом, обеспечивая неограниченное число возможных ориентации маточной балки, что существенно расширяет потенциал ее использования;
- Способность преобразовываться в обычную или усиленную опору, выполняя функцию, для которой она, казалось бы, не предназначена;
- Способность соединения через спинку балки (напрямую или обратным соединением), а также через боковины и края;
- Способность соединить спинку с боковиной или краем; боковину с боковиной; боковину с краем, делая возможным практически все сборочные решения в обычных обстоятельствах при постройке данной конструкции;
- Способность устанавливаться поперечно, рядом и соединяться с балочными конструкциями или балочными фермами под любым углом.
По существу, предлагаемое изобретение улучшает способность перекрывать большие пролеты, существенно сокращая объем используемого материала, упрощая технологию сборки и допуская применение модульных материалов, обеспечивая при этом многозадачность в использовании одного и того же элемента: в качестве балки, бруса, решетчатой балки или сплошной опоры.
В любой момент можно добавить больше элементов (балок, опор, решетчатых балок или брусков) без необходимости изменить или переместить элементы конструкции.
С другой стороны, данное изобретение существенно облегчает хранение и перевозку; оно не требует никакой сварки или поверхностной обработки конструкций; к тому же позволяет выполнять работу быстрее.
Предлагаемое изобретение исходит из балки U-образного профиля, со сгибами на боковинах и по краям, значительно облегчающими стыковку, нахлест и крепеж элементов.
Маточная балка изготавливается из конструкционной стали, в наиболее привычном варианте маточная балка представляет собой легкий и устойчивый предмет.
По всей длине балки есть отверстия, как на спинке, так и на боковинах и краях, что позволяет крепить, соединять и размещать рядом несколько элементов различными способами, позволяя создавать опоры, брусья и балки различной длины и производить закрепление под различными углами.
Конфигурация маточной балки существенна для ее многофункциональности: расположение отверстий по всей спинке, боковинам и краям, а также ее U-образный профиль со специально сконфигурированной угловой структурой создают возможность большого многообразия функций.
Таким образом, с одними и теми же маточными балками при сборке конструкции павильона или другой конструкции с большой площадью можно строить или монтировать все конструктивные элементы, а не только балки в продольном или поперечном направлениях, просто выбирая угол закрепления согласно положению отверстий, упрощая и ускоряя процесс работы.
Помимо своей простоты процесс более экономичен - не только потому, что он проще и требует меньше трудозатрат, но также и потому, что задействует только один тип маточной балки, которая выполняет все функции, ранее выполнявшиеся либо балками, либо брусками, либо же фермами или колоннами.
Использование профильных балок из легкого материала с отверстиями, позволяющими ради перекрытия больших пролетов располагать балки рядом - явление относительно недавнее.
По существу, на сегодня известен только случай, когда балки имеют отверстия на конце, обеспечивающие нахлест в продольном направлении.
А именно, существуют балки U-образного профиля с отверстиями на концах, которые можно соединять в продольном направлении на спинке каждой с тем, чтобы перекрывать большие пролеты.
Однако свойства таких балок более ограничены в сравнении со свойствами предлагаемого изобретения:
- Они не позволяют наложения под углом, отличным от угла в 90 градусов;
- Они не позволяют никакого другого взаимного расположения, кроме продольного, совмещая спинку одной балки со спинкой другой и располагая их на одной прямой линии;
- Не допускают создания опор;
- Не допускают пересечения и расположения рядом элементов с различным сечением;
- Не допускают последующего модульного расширения в каком-либо направлении.
На фиг.1 представлена маточная балка с отверстиями на спинке (1 и 1-а), боковине (2 и 2-а) и на краю (3 и 3-а);
На фиг.2 показано наиболее традиционное пересечение двух маточных балок, балки ориентированы зеркально к друг-другу и под углом 90 градусов, с болтовым креплением (4) в отверстиях (3-а), расположенных на краях балки;
На фиг.3 показано пересечение двух балок под углом 45 градусов с креплением болтами (4) по способу, приведенному на предыдущей фигуре;
На фиг.4 показан наружный способ соединения, где одна маточная балка крепится перпендикулярно другой с помощью отверстий (3-а), расположенных по краям балки;
На фиг.5 показано внутреннее соединение, где одна маточная балка крепится перпендикулярно другой с помощью отверстий в боковинах балки и на ее краях (2-а и 3-а);
На фиг.6 показано трубчатое соединение двух зеркально-ориентированных маточных балок с фиксацией через отверстия (3-а), расположенные на краях балок, которое является особенно подходящим решением при использовании в качестве опор;
На фиг.7 показано усиленное трубчатое соединение, рекомендованное для более надежных опор, при котором имеет место зеркальное соединение пар из наложенных друг на друга балок с фиксацией по краям (3);
На фиг.8 показана конструкция звездочкой, состоящая из четырех маточных балок, скрепленных соединением краев (3) с боковинами (2), приемлемое решение для усиленных опор и балочных ферм, допускающих несколько соединительных частей;
На фиг.9 показано инвертированное пустотелое соединение, в котором маточные балки скрепляются между собой своими спинками (1), приемлемое решение для дублирующих опор и балочных ферм с многочисленными соединениями;
На фиг.10 показано инвертированное соединение звездочкой, в котором крепеж осуществляется через боковины (2) и края (3) и используются четыре балки, решение, рекомендуемое для строительства опор или усиленных балок с непосредственным боковым монтажом прочих элементов;
На фиг.11 показано двойное перевернутое соединение, в котором две маточные балки, асимметрично скрепленных в продольном направлении по краям (3);
На фиг.12 показаны возможные варианты компоновки, вытекающие из различных способов соединения маточных-балок, где:
На фиг.12-а показано поперечное сечение маточной балки в простом применении;
На фиг.12-b показано поперечное сечение в сдвоенном варианте применения балок (спинками внахлест);
На фиг.12-c показано поперечное сечение маточных балок, соединенных в трубчатую конструкцию;
На фиг.12-d показано поперечное сечение маточных балок при двойном инвертированном соединении при скреплении через отверстия в боковинах;
На фиг.12-е показано поперечное сечение маточных балок при соединении четырех модулей звездочкой, скрепленных краями и боковинами;
На фиг.12-1 показано поперечное сечение маточных балок при соединении четырех модулей звездочкой креплением краев к боковинам;
На фиг-12-g показано поперечное сечение маточных балок при внутреннем угловом соединении двух балок, скрепленных через боковину и край;
На фиг.12-h показано поперечное сечение маточных балок при наружном угловом соединении двух модулей, скрепленных через боковину и край.
На фиг.13 показано поперечное сечение профиля маточной балки с более подробным отображением изгиба боковин (2-b) и краев (3-b).
Изобретение имеет своим истоком маточную балку из конструкционной стали или сходного легкого и прочного заменителя с U-образным профилем. Такая U-образная форма вызвана последовательностью сгибов, идущих от спинки к краю. В частности, такие сгибы имеются между боковой частью (2-b) и краями (3-b) по всей длине балки.
Фактически плоская поверхность имеется только на спинке (1), что облегчает сопряжение и модульный крепеж.
Боковые части (2) имеют более или менее выраженные изгибы (2-b), придающие определенную выпуклость по всей длине маточной балки. Края (3), с другой стороны, имеют положительный изгиб (3-b) также по всей длине маточной балки.
Такой изгиб облегчает сопряжение модулей и придает прочность закреплению. Соответственно, при соединении края с краем (Фиг.11 в качестве примера), или края с боковиной (Фиг.5 и Фиг.8 в качестве примера), небольшой изгиб края - по всей длине балки - создаст усиленное напряжение и силу при затяжке болтов (4). То же самое произойдет при сопряжении боковины с боковиной (Фиг-12-d, например).
На маточной балке имеется три типа отверстий, расположенных по всей ее длине: отверстия на спинке (1-а), на боковинах (2-а) и на краях (3-а). Такие отверстия расположены по одной линии в продольном направлении.
Отверстия на спинке используются для того, чтобы наложить две балки друг на друга в продольном направлении, обеспечивая подходящую длину для перекрытия пролетов различной протяженности. Для этой цели достаточно наложить одну маточную балку на другую в любой точке балки.
Однако балки могут скрепляться между собой перевернутыми спинками (Фиг.9). Поскольку отверстия имеются по всей длине маточной балки, становится возможным смежное размещение элементов соединения или другой тип продольного крепления с балками любой требуемой длины.
Поскольку балки делаются из легкого и высокопрочного материала, допускается нахлест балок только на их концах, для перекрытия больших пролетов, или же их нахлест на большем участке - при перекрытии небольших пролетов.
Для создания усиленных конструкций возможно полное наложение одной маточной балки на другую (Фиг.12-b).
Если маточный балки зеркально развернуты тыльными сторонами друг к другу, то возможно их пересечение под углом 90 градусов (Фиг.2), в самом последнем варианте; или с наклоном (Фиг.3) без ограничения перпендикулярной ориентации.
Фактически вышеупомянутая возможность вытекает из расположения отверстий. Так, отверстия по всей длине края позволяют соединять развернутые тыльной стороной балки в любой точке (Фиг.2 и Фиг.3).
Конфигурация маточной балки также определяет и ее исключительную функциональность. Действительно, при использовании этого нового вида металлической конструкции один и тот же элемент может быть бруском, балкой, решетчатой балкой, а иногда превращаться в опору.
Хотя в наиболее привычных случаях маточная балка может брать на себя роль балки благодаря обычному нахлесту поверх спинки другой балки, у данного изобретения имеются и многие другие - уже протестированные возможности:
Так, из все той же маточной балки можно построить опору простым зеркальным соединением краев маточных балок (Фиг.6); также возможно расположить внахлест набор однотипных элементов, скрепляя их по краям одинаковым крепежом с целью создания усиленной опоры (Фиг.7), или устроить соединение звездочкой из четырех маточных балок (Фиг.8), соединением боковин двух балок (2) с краями двух других (3) с помощью болтов.
Помимо описанного выше соединения смежных элементов в продольном направлении, маточная балка позволяет реализовывать и принцип наружного бокового крепления (Фиг.4,), при котором одна маточная балка соединяется перпендикулярно к другой маточной балке, прикрепляя верхушку края (3) к другому краю с помощью болтов (4) через соответствующие отверстия (3-а).
То же самое будет происходить при внутреннем перпендикулярном скреплении двух маточных балок (Фиг.5), на этот раз края одной балки крепятся к боковине другой балки через соответствующие отверстия (2-а).
На Фигурах 9, 10 и 11 отображены некоторые возможности такой универсальной маточной балки. Подбирая отверстия и прикрепляя края, боковины или верхние части, можно использовать маточную балку в различных функциях при создании конструкций больших сооружений, таких как павильоны, промышленные здания, склады и пр.
На Фиг.12, даны примеры возможных соединений маточных балок, показан ряд решений, начиная с использования одной маточной балки (12-а), балок с наложением спинок (12-b) для получения балок или бруса и кончая соединениями для создания опор (12-с, 12-d, 12-е и 12-f) и других решений (12-d, 12-g и 12-h) с многочисленными вариантами сопряжения.
Любые модули всегда крепятся болтами. Эти болты в равной мере могут применяться как по краю (например, на Фиг.2, Фиг.3 и Фиг.11) или по боковине (см. например, Фиг.5, Фиг.8, Фиг.10 и Фиг.12-d), а также по спинке.
Фактически все изобретение использует один и тот же тип маточной балки и один и тот же тип болта. Таким образом, одна и та же маточная балка может брать на себя роль балки, бруска, балочной фермы или колонны, при этом в отверстия вставляется один и тот же тип болта.
Строительство завершается после того, как все затянуто болтами. Потребности в сварке не возникает никогда, конструктивные элементы строятся с помощью одного типа балки.
Как описывалось выше, строительство, транспортировка, сборка и разборка происходят намного быстрее, экономичней и проще:
- Строительство ограничено одним типом модульной маточной балки, которая существенно снижает стоимость строительства. Болты тоже одного типа;
- Намного экономичней и проще становится транспортировка, поскольку теперь мы размещаем один тип модульной маточной балки, значит, при массовых перевозках совмещаемые друг с другом балки будут занимать меньше места;
- Сборка проста и требует меньше квалификации: модульные vfnjxyst балки легкие, их проще перегружать, соединять и закреплять;
- Одна и та же модульная маточная балка может выполнять несколько функций в возводимой конструкции;
- В любой момент конструкцию можно расширить простым присоединением дополнительных модульных балок;
- Сопряжение может быть внешним или внутренним, таким образом, любая часть маточной балки может соединяться с любой частью другой маточной балки;
- Сборку двух и более балок можно производить под любым углом;
- Никакой сварки не требуется;
- Маточная балка не требует конструирования структурных элементов согласно заданной работе;
- Разборка проста, поскольку она сводится всего лишь к развинчиванию болтов, т.к. элементы сварки отсутствуют.