Легкосбрасываемая ограждающая конструкция здания

Область техники
Полезная модель относится к области строительства, а именно к легкосбрасываемым ограждающим конструкциям, необходимым для минимизации ущерба зданию от аварийного взрыва в производственных помещениях здания.
Уровень техники
В ситуации взрыва внутри помещения значительно повышается давление, которое может разрушить несущие конструкции здания. В целях быстрого снижения избыточного давления используют легкосбрасываемые конструкции, снабженные разрушаемыми при взрыве элементами, позволяющими сбросить конструкцию наружу. В настоящий момент известно большое количество легкоебрасываемых конструкции, большинство из них предполагает создание специализированных узлов и комплектующих, что значительно усложняет и удорожает создание легкосбрасываемых конструкций в сравнении с обычными (не легкосбрасываемыми) конструкциями.
Известна полезная модель из патентного документа RU 159944 U1, раскрывающая легкосбрасываемую конструкцию, включающую стеклопакеты с опорными элементами и узлами крепления стеклопакетов на здании, отличающаяся тем, что стеклопакеты закреплены снаружи каркаса здания винтами с шайбами, на металлическом профиле, с глубиной установки винтов и с шагом, подбираемыми из условия обеспечения величины избыточного давления не более 200 кг/кв.м и усилия на вырыв винтов с шайбами. Недостатком данного решения является сложность конструкции. Также недостатком конструкции является то, что устройство данной конструкции не обеспечивает удержание в проеме здания вылетающих при взрыве составляющих ее частей, которые могут причинить вред здоровью людей и ущерб имуществу.
Известен Узел крепления легкосбрасываемой конструкции (патентный документ RU 207760 U1), который состоит из кронштейна в виде П-образного профиля, предназначенного для крепления к монтажному проему, и закладной детали, предназначенной для крепления к стойке фасадной легкосбрасываемой конструкции, которые скреплены при помощи втулки и элемента, разрушающегося от воздействия избыточного давления на легкосбрасываемую конструкцию при взрыве. По одному из вариантов решения полезная модель также содержит страховочный трос для прикрепления к стойке фасадной конструкции. Недостатками данного решения является сложность конструкции, его недостаточная универсальность.
Известно Взрывозащитное окно из патентного документа CN 107401356 (А), решение отличается тем, что содержит стеклянный блок, причем два конца стеклянного блока соединены с первой соединительной частью и второй соединительной частью соответственно; первая соединительная часть соединена со зданием через шарнир, а вторая соединительная часть закреплена со зданием через взрывоотводной болт; когда взрыв происходит внутри здания, взрывоотводной болт падает или ломается, а стеклянная сборка открывается в осевом направлении шарниром в наружном направлении. Данное техническое решение обладает следующими недостатками: невозможность регулировки усилия срабатывания; отсутствие герметичности конструкции. Отсутствие герметичности конструкции обусловлено большими зазорами, необходимыми для открытия створки.
Также известна конструкция взрывной панели из патентного документа GB 2266543, включающая опорную раму с по меньшей мере одним отверстием и по меньшей мере одну панель для сброса давления, разъемно закрепленную на опорной раме, средство для разъемного крепления панели к раме, включающее в себя запорный узел, состоящий из болта, гайки и шайбы, закрепленной под головкой болта, проходящий через панель, через кольцевую шайбу, установленную в отверстие опорной рамы и имеющий на конце, проходящем через указанное отверстие максимальный боковой размер меньше минимального размера отверстия и удерживающую разрушаемую шайбу, имеющую один или несколько радиальных деформируемых или разрушаемых выступов, которые могут быть выполнены с возможностью изгиба, при этом удерживающая разрушаемая шайба выполнена из алюминия, а запорный узел из нержавеющей стали. При возникновении значительного избыточного давления выступы разрушаемой шайбы деформируются или разрушаются, тем самым позволяя запорному узлу пройти сквозь отверстие в раме и таким образом освободить и сбросить панель. Данное техническое решение обладает следующими недостатками: относительно низкая эффективность и надежность, а также сложность в установке. Низкая эффективность обусловлены сложностью входящих в состав конструкции деталей, требующих высокоточного оборудования для их производства, при этом из-за большого количества деталей, возникает трудность в регулировании усилия срабатывания, которая в некоторых случаях может привести к несрабатыванию конструкции на заданное усилие и к разрушению здания. Низкая надежность обусловлена тем, что часть узла крепления, находящаяся снаружи помещения постоянно подвергается различным атмосферным воздействиям, в частности высокой влажности и отрицательным температурам воздуха. В процессе эксплуатации такая панель и элементы узла крепления, находящиеся снаружи помещения в результате попадания влаги и воздействия холода могут подвергаться коррозии, что, в свою очередь, приведет к разъединению узла крепления и выпадению смещаемого элемента.
Сложность в установке обусловлена необходимостью доступа к узлу крепления как снаружи, так и внутри помещения.
Наиболее близкой к заявленному решению является Легкосбрасываемая конструкция из патентного документа RU 190978 U1, содержащая профильный каркас, включающая первый уплотнитель, входящий своим фигурным выступом в зацепление с первым фигурным пазом, выполненным на соответствующих стенках профильного каркаса, первый дистанционный профиль, входящий своим фигурным выступом во второй фигурный паз, выполненный на соответствующих стенках профильного каркаса, второй дистанционный профиль, входящий своим фигурным выступом в зацепление с третьим фигурным пазом, выполненным на соответствующих стенках профильного каркаса, первый фигурный стержень, входящий в соответствующее ему фигурное углубление, выполненное во втором дистанционном профиле и профильном каркасе, стеклопакет, расположенный между соответствующей внешней поверхностью первого уплотнителя и соответствующей внешней поверхностью второго уплотнителя, входящего своим фигурным выступом в зацепление с четвертым фигурным пазом, выполненным на соответствующих стенках прижимной планки, примыкающей к соответствующей внешней стороне первого дистанционного профиля, третий уплотнитель, входящий своим фигурным выступом в зацепление с пятым фигурным пазом, выполненным на соответствующих стенках прижимной планки, второй фигурный стержень, входящий через сквозные отверстия, выполненные на соответствующем участке прижимной планки и в первом дистанционном профиле, и входящий своим выступом в соответствующий второй фигурный паз, выполненный с возможностью извлечения из второго фигурного паза, отличающаяся тем, что содержит четвертый уплотнитель с фигурным выступом, второй дистанционный профиль содержит шестой фигурный паз, выполненный на соответствующих стенках, при этом фигурный выступ четвертого уплотнителя входит в зацепление с шестым фигурным пазом второго дистанционного профиля, другая сторона четвертого уплотнителя примыкает к соответствующей стороне третьего уплотнителя, на наружной поверхности стеклопакета и на первом дистанционном профиле закреплена герметизирующая лента. Недостатками данного решения являются: отсутствие возможности визуального контроля при установке прижимной планки путем закручивания винта, вследствие чего возникает возможность неполучение заявленного результата (сомнительно удаление стеклопакета при расчетной нагрузке), зависимость от нестабильного натяга с которым «первый дистанционный профиль» «входит во второй фигурный паз (6)», что проявляется на практике при изготовление аналогичных конструкций. И также может повлиять на достижение заявленного результата; при удалении стеклопакета с прижимной планкой, термовставкой (обозначено как «первый дистанционный профиль (5)») повторное использование термовставки невозможно; невозможность применения данного решения, если по техническому заданию предусмотрено одинарное остекление.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является устранение выявленных недостатков, создание легкосбрасываемой конструкции из материалов и комплектующих, применяемых в обычных конструкциях, без создания специальных узлов и механизмов, при условии сохранения возможности сбрасывания стеклопакета в условиях взрыва.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом заявленного решения является упрощение легкосбрасываемой конструкции и процесса ее установки в проем при сохранении высокой надежности срабатывания. Технический результат заявленного решения достигается за счет использования легкосбрасываемой конструкции, состоящей из стойки, ригеля, стеклопакета, уплотнителя внутреннего, уплотнителя под прижим, прижимной планки с отверстием, винта прижимного, декоративной крышки, термовставки, шайбы-предохранителя (лапчатая или круглая, выполненная из материала, деформирующегося при расчетной нагрузке), при этом шайба-предохранитель, через отверстие в которой проходит винт прижимной, располагается с внешней стороны прижимной планки и доступна визуальному контролю за прогибом шайбы-предохранителя. Диаметр отверстия в прижимной планке больше диаметра головки винта прижимного, между винтом прижимным находится шайба-предохранитель, которая воздействует на прижимную планку, обеспечивая удержание и герметизацию стыка стеклопакета с каркасом, (герметизация обеспечивается за счет обжатия уплотнителей). Жесткость шайбы-предохранителя позволяет выдерживать нормированные эксплуатационные нагрузки, расчет производится индивидуально согласно техническому заданию (например, до 70 кг/кв.м.), воздействующие со стороны помещения на стекла/стеклопакеты. При этом специфика заявленного решения позволяет изменить параметры отверстия прижимной планки, шайбы-предохранителя, в соответствие с конкретными техническими заданиями, различными объектами, что обеспечивает стабильность эксплуатационных свойств и срабатывание шайб-предохранителей при заданной нагрузке удаления стекло пакетов.
Заявленное решение раскрыто на представленных чертежах.
На фигуре 1 показан общий вид легкосбрасываемой конструкции в обычном состоянии, без воздействия взрывного давления на конструкция,
фигура 2 раскрывает вид конструкции до разрушения в разрезе,
фигура 3 - вид конструкции после разрушения.
Цифрами на фигурах обозначены:
1 - стойка;
2 - ригель;
3 - уплотнитель внутренний;
4 - уплотнитель под прижим;
5 - прижимная планка;
6 - винт прижимной;
7 - декоративная крышка;
8 - термовставка;
9 - стеклопакет;
10 - шайба-предохранитель, разрушенные части шайбы-предохранителя;
11 - отверстие в прижимной планке.
Динамика полезной модели.
Полезная модель работает следующим образом.
В корпус легкосбрасываемой конструкции, устанавливают прижимную планку (5) с отверстием (11), с внешней стороны прижимной планки (5) устанавливается шайба-предохранитель (лапчатая или круглая, выполненная из материала, деформирующегося при расчетной нагрузке) (10), через ее отверстие устанавливается винт прижимной (6). В каркас, состоящий из ригеля (2) и стоек (1) устанавливается стеклопакет (9), удерживаемый шайбой-предохранителем (10), уплотнители (3 и 4) обеспечивают герметизацию стыка стеклопакета с каркасом. В случае использования нескольких стеклопакетов (9) используется также термовставка (8), на каркас также устанавливается декоративная крышка (7). Диаметр отверстия в прижимной планке больше диаметра головки винта прижимного, при этом их соотношение зависит от технического задания. Диаметр головки винта обычно варьируется в пределах 11-13 мм, а диаметр отверстия - 12-14 мм, диаметр шайбы-предохранителя - 16-20 мм. В среднем, диаметр отверстия в прижимной планке больше диаметра головки винта прижимного на 2-3 мм. Жесткость шайбы-предохранителя позволяет выдерживать нормированные эксплуатационные нагрузки, расчет производится индивидуально согласно техническому заданию (например, до 70 кг/кв.м.), воздействующие со стороны помещения на стекла/стеклопакеты. При этом специфика заявленного решения позволяет изменить параметры отверстия прижимной планки, шайбы-предохранителя, в соответствие с конкретными техническими заданиями, различными объектами, что обеспечивает стабильность эксплуатационных свойств и срабатывание шайб-предохранителей при заданной нагрузке удаления стеклопакетов. При воздействии взрывной нагрузки (например, 70 кг/кв.м. со стороны помещения), сила давления на стекла/стеклопакеты, передается прижимной планке, от прижимной планки, - на шайбу-предохранитель, которая разрушается (или деформируется), до размеров отверстия, освобождая прижимную планку от прижимного усилия винта прижимного. В результате прижимная планка перестает удерживать стекло/стеклопакет и вместе с ним смещается наружу от помещения, освобождая проем, для сброса взрывного давления. При удалении стеклопакета в результате взрыва удаляются только стеклопакет, прижимная планка с уплотнителями. Термовставка, прижимной винт и шайба-предохранитель остаются на каркасе, и после замены стеклопакета и шайбы-предохранителя могут быть использованы повторно.
В предпочитаемом варианте использования профили стойки (1), ригеля (2), прижимной планки (5) и декоративной крышки (7) решения изготавливаются методом горячего прессования из алюминиевого сплава 6063 в соответствии с ГОСТ 22233-2001. Для обеспечения теплофизических и теплоизоляционных свойств ограждающей конструкции, используется набор термовставок (8) из ПВХ и вспененного полиэтилена и набор уплотнителей (3 и 4) из EPDM-резины типа 1Б ГОСТ 30778-2001. Для крепления стеклопакетов и сэндвичей (9) используются прижимная планка (5), закрепляемая самонарезающимся прижимным винтом (6) из нержавеющей или оцинкованной стали. Для придания конструкции дополнительных эстетических свойств и предохранения от атмосферных воздействий, на прижимную планку (5) устанавливается декоративная крышка (7). Шайба-предохранитель (10) изготавливается из пластика PTFE (политетрафторэтилен «фторопласт 3») или другого, со схожими физико-механическими свойствами. Шайба (10) имеет форму плоского круга с отверстием в центре. Не исключается вариант шайбы (10), изготовленной из нержавеющей стали, в виде лапчатой шайбы. В рабочем состоянии середина шайбы под воздействием винта (6) прогибается и приобретает слегка конусную форму. При этом обеспечивается нужное прижимное усилие на прижимной планке, которое через уплотнитель (4) передается стеклопакету (9) и удерживает его в заданном положении. Центрирование отверстия (11) относительно винта осуществляется методом визуального контроля специалистом, непосредственно осуществляющим монтажные работы. Усилие затяжки винта (6) и прогиб шайбы (10), обеспечивается настройкой крутящего момента инструмента (винтоверта). Визуально контролируется прогиб шайбы с помощью шаблона, тем же специалистом.
Остекление производится снаружи здания.
Возможен также вариант осуществления полезной модели с использованием дополнительного элемента - центрирующей шайбы, устанавливаемой под шайбой-предохранителем, которая способствует сосной, относительно отверстия (11) в прижимной планке (5), установке винта прижимного (6) с шайбой-предохранителем (10).
Таким образом, выполнение разрушаемого элемента легкосбрасываемой оконной конструкции в виде шайбы-предохранителя и отверстия в прижимной планке большего размера, чем диаметр головки прижимного винта, обеспечивает своевременное выбрасывание стеклопакета и сброс избыточного давления во время взрыва. Кроме того, установка шайбы-предохранителя с внешней стороны прижимной планки дает возможность визуального контроля за прогибом шайбы-предохранителя и точного центрирования отверстия в прижимной планке, что гарантирует получение результата (сброс стеклопакета с сохранением целостности здания и коробки).
Заявленное решение является новым, обладает промышленной применимостью. Легкосбрасываемая конструкция может быть установлена как в оконных проемах, так и в дверных. Заявителем были разработаны опытные образцы, успешно прошедшие испытания.