Легкосбрасываемая ограждающая конструкция для взрывоопасных помещений

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована для крепления к несущим каркасам зданий и сооружений, при монтаже легкосбрасываемых элементов, смещаемых при избыточном давлении, возникающем в результате аварий, в частности при дефлагационном взрыве во взрывоопасных помещениях. Легкосбрасываемые ограждающие строительный конструкции - это конструкции, строение крепления которых позволяют при аварийном повышении давления в помещении разрушить элементы узла крепления и сбросить конструкцию за пределы стенового ограждения. Легкосбрасываемый элемент может быть выполнен в общем случае в виде секции ограждения здания, в виде сэндвич-панели, в виде стеновой кассеты, в виде оконного блока и т.п.
Известна легкосбрасываемая ограждающая конструкция взрывоопасных помещений по патенту №119780 от 27.04.2012, опубл. 27.08.2012 (автор и патентообладатель Стильба В.Л., кл. МПК Е04Н 9/00).
Данная легкосбрасываемая ограждающая конструкция для взрывоопасных помещений содержит стеновую панель, представляющую собой легкосбрасываемую сэндвич-панель, которая связана с каркасом здания посредством опорных кронштейнов, выполненных из уголкового металлопрофиля через разрушаемые узлы крепления. Каждый кронштейн имеет паз в местах установки деталей разрушаемого узла крепления. Каждый разрушаемый узел крепления содержит базовую втулку, которая расположена внутри отверстия легкосбрасываемой сэндвич-панели, и разрушаемый элемент крепления, связанный с базовой втулкой посредством шпильки и дистанционной втулки, установленной на упомянутой шпильке. Дистанционная втулка выполнена с кольцевым выступом и установлена с возможностью исключения возникновения контакта шпильки и кронштейна, дистанционные втулки выполнены из капролона, а в качестве разрушаемых элементов используют фторопластовые диски с калиброванной толщиной, закрепленные на шпильках посредством резьбового соединения.
Технический результат, обеспечиваемый данной полезной моделью по пат. №119780, состоит в повышении эффективности конструкции в целом при различных колебаниях давления внутри помещения, надежности работы конструкции при нормальном давлении, повышении эксплуатационных качеств.
Недостаток данного технического решения заключается в следующем. Техническое решение заключается в том, что к каркасу здания прикрепляют специальный опорный кронштейн, выполненный из уголкового металлопрофиля, к которому крепится сэндвич-панель посредством разрушаемого узла крепления. Для этого в сэндвич-панели необходимо просверлить отверстия под пазы на этом кронштейне, причем это происходит не в заводских условиях, а непосредственно в процессе монтажа панели на стройке, чтобы отверстия в панели совпадали с пазами кронштейна, предварительно закрепленного на каркасе здания. Для этого надо поднять сэндвич-панель на соответствующий этаж, разметить отверстия под соответствующие пазы, опустить панель, просверлить соответствующие отверстия, снова поднять панель уже для крепления. То есть процесс монтажа панели усложнен. Кроме того, для монтажа такой конструкции требуется два рабочих - с внешней стороны панели и с внутренней, так как разрушаемый крепеж фиксируется одновременно как с внешней стороны соответствующим креплением, так и с внутренней стороны разрушаемым узлом на опорный кронштейн. Помимо этого, разрушаемый узел крепления данной конструкции, состоящий из разрушаемого элемента, дистанционной втулки и шпильки, должен быть смонтирован внутри опорного кронштейна, представляющего собой металлический трехгранник, что существенно усложняет процесс монтажа, так как подобраться к месту крепления внутри такого кронштейна достаточно трудно.
Известна легкосбрасываемая ограждающая строительная конструкция для взрывоопасных помещений по патенту №177097, от 05.10.2017, опубл. 08.02.2018 (автор и патентообладатель Миронов А.Ф., кл. МПК Е04Н 9/00, Е04В 1/36, Е04В 2/88). Согласно данному патенту легкосбрасываемая ограждающая строительная конструкция для взрывоопасных помещений включает опорный элемент с по меньшей мере одним отверстием, с размещенной в нем с зазором дистанционной шайбой, смещаемый элемент, прикрепленный к опорному элементу с возможностью отсоединения, и разрушаемый узел крепления. Разрушаемый узел крепления включает крепежный элемент с головкой, проходящей через отверстие в опорном элементе и через дистанционную шайбу и имеющий максимальный боковой размер на конце меньше минимального размера отверстия, при этом разрушаемый элемент выполнен в виде шайбы, размещенной между головкой крепежного элемента и опорным элементом. В качестве опорного элемента используют, по меньшей мере, один опорный кронштейн, жестко связанный с несущей конструкцией здания с внутренней стороны помещения, а крепежный элемент с головкой закреплен внутри смещаемого элемента с внутренней стороны помещения, при этом дистанционная шайба установлена в отверстие в опорном кронштейне с зазором, причем крепежный элемент с головкой может быть выполнен в виде винта, а смещаемый элемент может быть выполнен в виде оконного блока, в виде сэндвич-панели, в виде кассеты, секции ограждения здания, а разрушаемый элемент может быть выполнен с прорезями, из хрупкого материала с достаточной прочностью.
Недостаток данного технического решения заключается в следующем. В качестве опорного элемента в данной конструкции используется опорный кронштейн, который согласно рисунку выполнен уголковой формы и прикреплен одной частью к стене или силовому каркасу здания, а другой удерживает легкосбрасываемою конструкцию. Как правило, таким образом крепят только оконные блоки, вставляемые в проем между стеновыми панелями здания. То есть данная конструкция предполагает лагкосбрасываемую панель, закрепленную в проеме между двумя стенами или элементами силового (несущего) каркаса здания. Кроме того, смещаемый элемент данной конструкции крепят разрушаемым крепежом только с одной стороны - за один лист смещаемого элемента, а не насквозь. Сэндвич-панель представляет собой два листа металла с вклеенным утеплителем между ними. Если сэндвич-панель прикрепить только за один лист, то такая панель будет разрушаться (расслаиваться) в процессе эксплуатации здания под действием собственного веса, из-за деформации в результате перепада температур и ветровой нагрузки. Таким образом, идеология данной конструкции по патенту №177097 применима только для монтажа оконных блоков или других облегченных встраиваемых элементов стены, но не применима для монтажа наружных стеновых ограждений как таковых.
Известна легкосбрасываемая конструкция (ЛСК) стен из трехслойных сэндвич-панелей компании "Металл Профиль" (см. отчет "АТР ЛСК (легкосбрасываемые конструкции из трехслойных сэндвич - панелей)", листы 10-11, на сайте компании "Металл Профиль", в разделе Докумены, стр. 2 https://metallprofil.ru/about/documents/7PAGEN 1=2) Конструкция включает сэндвич-панель с легкосбрасываемым креплением, представляющим собой самонарезающий винт (саморез) с ослабленной шайбой крепления. Ослабленная шайба крепления представляет собой прижимную шайбу с откусанной или отпиленной частью, равной диаметру ее отверстия, и собранной вместе с ЭПДМ прокладкой (резиновой прокладкой) определенной формы. При монтаже шайбу располагают откусанной или отпиленной стороной вниз для предотвращения затекания и скапливания воды. По другому варианту откусывают или отпиливают часть прижимной шайбы вместе с ЭПДМ прокладкой, при этом шляпку самореза стачивают с двух сторон до основания головки. Данное техническое решение позволяет обеспечить легкосбрасываемость конструкции при взрыве и давлении 0,7 кПа.
В данном техническом решении в качестве опорного элемента и элемента крепления используют самонарезающий винт (саморез), на который монтируется сэндвич-панель, благодаря чему в данной конструкции отсутствуют опорные кронштейны, что существенно упрощает конструкцию при монтаже. Монтаж крепления производят с одной стороны - с внешней стороны стенового ограждения, что так же упрощает конструкцию при монтаже. Разрушаемый узел выполнен в виде прижимной шайбы с резиновой прокладкой, которые фиксируют головкой самореза. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
2
2
Недостаток данного технического решения заключается в следующем. При эксплуатации сэндвич-панель деформируется (выгибается) из-за суточного нагрева/охлаждения внешней поверхности стены, перепада температур снаружи и внутри здания, в результате комбинирования этих факторов. Критическая нагрузка, под которой должен разрушиться крепеж, как указано в технической документации, составляет 0,7 кПа, т.е. 70 кгс/м, а ветровые нагрузки на стену здания часто достигают 200 кгс/м. То есть критическая нагрузка разрушения крепежа может быть ниже перепада давления, создаваемого ветровой нагрузкой. Так как крепление самореза ослаблено, в процессе эксплуатации элементы крепления (шайба, саморез) могут "разболтаться" и могут быть вытолкнуты из-за деформации панели в результате действия температурной и ветровой нагрузок, поэтому такая конструкция крепления ненадежна. Кроме того, при разрушении крепежа головка самореза должна прорвать наружный и внутренний листы сэндвич-панели. И это, во-первых, увеличивает критическую нагрузку, при которой это возможно, во-вторых, саморез может застрять внутри панели, так как в процессе вылета панель смещается относительно горизонта и соответственно самореза не строго параллельно, а под углом. Также различные производители самонарезающих винтов изготавливают шайбы из разных материалов, таких как оцинкованная сталь, нержавеющая сталь, алюминий, которые в свою очередь имеют различные характеристики. В технических данных указываются листы толщиной 0,5 мм, а если листы толще, например, 0,7 мм, то критическая нагрузка разрушения крепежа увеличивается, то есть данная конструкция не универсальна.
Настоящая полезная модель направлена на устранение вышеперечисленных недостатков. Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности конструкции в процессе эксплуатации здания, в повышении надежности срабатывания конструкции при сбрасывании и в снижении зависимости критической нагрузки сбрасывания конструкции от параметров самой конструкции, а так же в упрощении монтажа конструкции.
Заявляемый технический результат достигается следующим. Легкосбрасываемая ограждающая конструкция для взрывоопасных помещений содержит стеновую легкосбрасываемую панель, которая связана с каркасом здания посредством разрушаемого узла крепления, состоящего из самонарезающего винта, вставленного в сквозное отверстие легкосбрасываемой панели, и расположенного с наружной стороны стенового ограждения разрушаемого элемента с соответствующей усиливающей шайбой, которые фиксируют головкой самонарезающего винта, прижимая легкосбрасываемую панель к каркасу здания, отличающаяся тем, что сквозное отверстие последовательно содержит центрирующую втулку, расположенную со стороны каркаса здания, служащую для центрирования самонарезающего винта внутри сквозного отверстия, и дистанционную втулку на оставшуюся толщину легкосбрасываемой панели, выполненную металлической, причем внутренний диаметр дистанционной втулки выполнен таким, чтобы головка самонарезающего винта вместе со смятым разрушаемым элементом свободно проходила внутри этой втулки, а длина центрирующей втулки меньше длины дистанционной втулки.
Дополнительно, центрирующая втулка составляет 1/4 ширины легкосбрасываемой панели, а дистанционная втулка 3/4 ширины легкосбрасываемой панели соответственно.
Дополнительно, внутри дистанционной втулки на противоположном конце от каркаса здания расположен центрирующий элемент в виде капролоновой втулки, служащий для центрирования самонарезающего винта внутри дистанционной втулки.
Дополнительно, центрирующая втулка может быть выполнена из полимерного материала для защиты конструкции от промерзания.
Дополнительно, центрирующая втулка может быть выполнена металлической при использовании конструкции в противопожарных преградах.
Сущность технического решения заключается в следующем. Внутри сквозного отверстия легкосбрасываемой панели (далее - ЛСК панель) последовательно расположены две основные втулки - центрирующая и дистанционная. При взрыве под давлением панели головка самонарезающего винта (самореза) сминает разрушаемый элемент крепления и беспрепятственно продергивается внутри дистанционной втулки, а ЛСК панель слетает с центрирующей втулки и самонарезающего винта. Центрирующая втулка служит для фиксации самонарезающего винта внутри отверстия ЛСК панели, а дистанционная втулка служит для того, чтобы головка самонарезающего винта беспрепятственно продергивалась сквозь дистанционную втулку и не застревала в ЛСК панели. Для этого внутренний диаметр дистанционной втулки выполнен таким, чтобы головка самонарезающего винта со смятым разрушаемым элементом свободно проходила внутри этой втулки. Дистанционная втулка выполнена металлической, так как необходима жесткая конструкция, чтобы головка самонарезающего винта не деформировала втулку при продергивании.
Длина центрирующей втулки выбирается из таких соображений: центрирующая втулка должна быть с одной стороны достаточной длины, чтобы надежно фиксировать крепеж, с другой стороны достаточно короткой, чтобы не препятствовать сбрасыванию панели при взрыве. Это достигается тогда, когда центрирующая втулка как минимум короче дистанционной втулки.
Благодаря такой конструкции ничего не препятствует продергиванию самореза сквозь основную толщину ЛСК панели, таким образом достигается повышение надежности срабатывания конструкции при сбрасывании и снижение зависимости критической нагрузки сбрасывания конструкции от параметров самой конструкции, в т.ч. устранение зависимости критической нагрузки сбрасывания от толщины листов обшивки ЛСК панели и толщины самой ЛСК панели. Упрощение монтажа и повышении надежности конструкции в процессе эксплуатации здания достигается тем, что для такой конструкции не требуется ослабление элементов крепления по сравнению с прототипом, благодаря чему перепады температуры и ветровые нагрузки не сказываются на надежности данной конструкции в процессе эксплуатации.
В нашем случае центрирующая втулка составляет 1/4 ширины ЛСК панели, а дистанционная втулка составляет 3/4 ширины ЛСК панели соответственно, что обеспечивает оптимальные параметры срабатывания конструкции, но в общем случае могут использоваться и другие соотношения. Параметры конструкции могут быть подобраны под различные нагрузки сброса.
Дополнительно, внутри дистанционной втулки на противоположном конце от каркаса здания расположен центрирующий элемент в виде капролоновой втулки, служащий для центрирования самонарезающего винта внутри дистанционной втулки. При взрыве данный центрирующий элемент продергивается через дистанционную втулку вместе с головкой самонарезающего винта.
Центрирующая втулка может быть выполнена из полимерного материала, как правило, капролона, чтобы защитить ЛСК панель в области крепления от промерзания. Для других применений центрирующая втулка может быть выполнена металлической, например, при использовании в противопожарных преградах. Центрирующая втулка выполнена с кольцевым выступом на конце для фиксации втулки относительно сквозного отверстия и предотвращает смещение самонарезающего винта относительно отверстия в ЛСК панели.
Заявляемое техническое решение является новым, так как совокупность существенных признаков не известна из уровня техники, кроме того заявляемое техническое решение является неочевидным для специалиста из соответствующей области техники, так как вышеперечисленные причинно-следственные связи не являются тривиальными. Заявляемое техническое решение является промышленно-применимым, так как может быть многократно использовано при строительстве зданий и сооружений с получением заявленных технических результатов.
Заявляемое техническое решение изображено на рис. 1.
Легкосбрасываемая ограждающая конструкция для взрывоопасных помещений содержит стеновую ЛСК панель 1, которая связана с каркасом здания 2 посредством разрушаемого узла крепления, состоящего из самонарезающего винта 3, вставленного в сквозное отверстие ЛСК панели 1. С наружной стороны стенового ограждения расположен разрушаемый элемент 6 с соответствующей усиливающей шайбой 7, которые фиксируют головкой самонарезающего винта 8 прижимая легкосбрасываемую панель 1 к каркасу здания 2. Разрушаемый элемент 6 выполнен в виде металлической или пластиковой шайбы с калиброванными параметрами и монтируется с усиливающей шайбой 7, служащей для передачи нагрузки от ЛСК панели на разрушаемый узел. Разрушаемый элемент 6 с усиливающей шайбой 7 выполнен по аналогии с прототипом, но без ослабления.
В сквозном отверстии ЛСК панели 1 последовательно расположены центрирующая втулка 4, установленная со стороны каркаса здания 2 и дистанционная втулка 5 на оставшуюся толщину ЛСК панели 1, выполненная металлической. Внутренний диаметр дистанционной втулки 5 выполнен таким, чтобы головка самонарезающего винта 8 со смятым разрушаемым элементом 6 свободно проходила внутри этой втулки, а длина центрирующей втулки 4 меньше длины дистанционной втулки 5.
Центрирующая втулка 4 выполнена короче дистанционной втулки 5. В нашем случае центрирующая втулка 4 составляет 1/4 толщины ЛСК панели, а дистанционная втулка 5 составляет 3/4 толщины панели соответственно, что обеспечивает оптимальные параметры срабатывания конструкции, но в общем случае могут быть и другие соотношения (в т.ч. для панелей с другими параметрами). Параметры конструкции могут быть подобраны под различные нагрузки сброса.
Разрушаемый узел крепления содержит дополнительный центрирующий элемент 9, расположенный внутри дистанционной втулки 5 на противоположном конце от каркаса здания 2, служащий для центрирования самонарезающего винта 3 внутри дистанционной втулки 5. Дополнительный центрирующий элемент 9 выполнен в виде капролоновой втулки. Центрирующий элемент 9 закреплен на самонарезающем винте 3 посредством резьбового соединения.
Центрирующая втулка 4 может быть выполнена из полимерного материала или металла в зависимости от назначения конструкции. Центрирующая втулка 4 может быть выполнена из полимерного материала (капролона), чтобы защитить ЛСК панель в области крепления от промерзания. Центрирующая втулка может быть выполнена металлической при использовании в противопожарных преградах. Центрирующая втулка 4 выполнена с кольцевым выступом на конце для фиксации втулки относительно сквозного отверстия и предотвращения смещения самонарезающего винта 3 относительно отверстия в ЛСК панели.
Конструкцию монтируют следующем образом. До подъема к месту установки в ЛСК панели 1 сверлят сквозные отверстия под разрушаемый крепеж, а так же под винты для страховочных тросов (на рис. не показано). Сквозное отверстие должно быть строго перпендикулярно поверхности панели. Далее, устанавливают винты со страховочными тросами, поднимают ЛСК панель к месту установки. В сквозное отверстие устанавливают центрирующую втулку 4 и дистанционную втулку 5 (в некоторых случаях возможно установить до подъема). Втулки не склеивают и не скрепляют между собой и со сквозным отверстием. Далее, ЛСК панель 1 через соответствующие втулки прикрепляют к каркасу здания 2 самонарезающим винтом 3 с разрушаемым элементом 6 и усиливающей шайбой 7. Дополнительно, в дистанционную втулку 5 вместе с саморезом 3 вставляют центрирующий элемент 9, выполненный в виде капролоновой втулки, служащий для центрирования самореза 3. ЛСК панель 1 закрепляют страховочными тросами (на рисунке не показано) к каркасу здания 2 для предотвращения разлета конструкции при смещении панели от взрыва. Минимальное количество страховочных тросов - 2 шт. на каждую ЛСК панель. Кроме того, стандартно для гидроизоляции весь крепеж закрывают фасонными элементами 10 с соответствующим винтом 11. ЛСК панели состыкованы друг с другом с помощью монтажных швов с пароизолирующим и теплоизолирующим материалами, закрытых гидроизолирующими лентами. Между каркасом здания 2 и ЛСК панелью 1 устанавливают уплотнитель 12. ЛСК панель в общем случае может быть выполнена в виде сэндвич-панели, в виде секции ограждения здания, в виде стеновой кассеты. В нашем случае преимущественно используется стеновая сэндвич-панель.
Конструкция работает следующим образом. При повышении давления в помещении в результате взрыва, ЛСК панель оказывает давление на разрушаемый элемент 6, через который фиксируется самонарезающий винт 3, соответственно головка самонарезающего винта 8 сминает разрушаемый элемент 6 крепления, и попадает вместе со смятым разрушаемым элементом 6 внутрь дистанционной втулки 5. Так как головка самонарезающего винта 8 свободно проходит внутри дистанционной втулки 5, то самонарезающий винт 3 (вместе со смятым разрушаемым элементом 6 и центрирующим элементом 9) беспрепятственно продергивается сквозь дистанционную втулку 5 и не застревает в ЛСК панели 1, а ЛСК панель 1 сбрасывается с центрирующей втулки 4 и самореза 3. Таким образом разрушаемый узел крепления лишается дополнительной фиксации и разрушается, а ЛСК панель выбрасывается наружу и повисает на страховочных тросах.
Разрушаемый элемент может быть подобран на необходимую нагрузку срабатывания в зависимости от размеров легкосбрасываемой ограждающей конструкции и необходимого давления срабатывания. Параметры конструкции могут быть подобраны под различные нагрузки сбрасывания.
Предложенная полезная модель повышает надежность конструкции в процессе эксплуатации здания, повышает надежность срабатывания конструкции при сбрасывании панели и снижает зависимость критической нагрузки сбрасывания конструкции от параметров самой конструкции.