Будівельний елемент з модульних криволінійних елементів різного перерізу

Реферат: Винахід належить до галузі будівництва, а саме до будівельних конструкцій покриттів будівель і споруд, зокрема до довгомірних елементів з деревини, які використовуються як несучі, огороджувальні і подібні конструкції. Технічна задача винаходу полягає в підвищенні несучої здатності конструкції відповідно до зростання внутрішніх зусиль, в збільшені міцності, жорсткості конструкції за рахунок одержання несучого криволінійного будівельного елемента з модульних криволінійних елементів, які можуть бути змінної ширини за рахунок додавання пластин. Заявлений будівельний елемент виконаний з модульних елементів, кожен з яких складається з паралельно розташованих пластин прямокутного перерізу висотою h, причому використовують UA 115111 C2 (12) UA 115111 C2 непарну кількість пластин, які мають криволінійну форму, криволінійну зовнішню грань з радіусом кривизни R і внутрішню криволінійну грань з радіусом кривизни Rh, пластини з'єднані болтами або нагелями або шпильками, а кожна з непарних по ширині модульного елемента пластин послідовно зміщена у поздовжньому напрямку на однакову відстань 1 / 2 її довжини відносно парних пластин, таким чином, утворюючи шипоподібний елемент в двох протилежних напрямках з виступами і пазами, за допомогою якого утворюється з'єднання двох суміжних модульних елементів з непарних пластин попереднього модульного елемента і парних пластин наступного модульного елемента, при цьому через кожну поєднану частину пластин проходить більше одного болта, і через з'єднання модульних елементів проходить більше одного болта. UA 115111 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі будівництва, а саме до будівельних конструкцій покриттів будівель і споруд, зокрема до довгомірних елементів з деревини, які використовуються як несучі, огороджувальні і подібні конструкції. Аналог 1. Відомий аналог способу збірки арок з однотипних елементів шляхом з'єднання їхніх кінців за допомогою фасонок у вузлах на болтах, установку прогонів між арками і укладку за ними огорожі. Результат досягається тим, що в способі зведення аркової будівлі, що включає збірку арок, збірка арки ведеться в два етапи: спочатку прикріплюють кожен кінець однотипного елемента до фасонки одним центральним болтом, а після надання арці необхідного обрису здійснюють остаточне її закріплення шляхом установки самосвердлувальних болтів, які розміщені по колу, навколо центрального болта [Патент РФ № 2423581 "Спосіб зведення арочної будівлі.", винахідник(и): Кузнецов Іван Леонідович (RU), Фахрутдинов Адель Едуардович (RU), МПК Е04В 1/32 (2006.01), Е04В 1/58, опубліковано: 10.07. 2011 Бюл. № 19] [1]. Недоліком відомого рішення є те, що неможливо створити плавний обрис обрису арки, а в вузлах зламу арки верхнього обрису арки необхідно ставити два прогони, що веде до подорожчання конструкції. Аналог 2. Відомий аналог способу збірки зведення арок з однотипних прямолінійних елементів [Патент Франції № 2303128 МПК Е04В 1/00 від 06.03.1975] [2] шляхом жорсткого з'єднання їх кінців двома боковими фасонками на болтах, що встановлюються в заздалегідь виконані отвори. Недолік відомого рішення полягає в тому, що неможливо створити плавний обрис обрису арки, а в вузлах зламу арки верхнього обрису арки необхідно ставити два прогони, що веде до подорожчання конструкції, а запропоноване жорстке з'єднання в вузлі при розвитку пластичних деформацій призводить до утворення шарніра і геометрично змінної системи в силу малої відстані між болтами в стінці навколо основних болтів. Аналог 3. Відомий аналог способу зведення кусково-ламаної арки [Патент РФ № 2486319 "Спосіб зведення кусково-ламаної арки", винахідник(и): Хісамов Рафаіль Ібрагімович (RU), МПК Е04В 1/32 (2006.01), опубліковано: 27.06.2013 Бюл. № 18] [3] з однотипних прямолінійних елементів шляхом жорсткого з'єднання їх кінців в вузлі двома боковими фасонками, які виконані з тих же елементів, що і основний елемент арки на болтах. Недоліком відомого рішення є те, що неможливо створити плавний обрис обрису арки, а в вузлах зламу арки верхнього обрису арки необхідно ставити два прогони, що веде до подорожчання конструкції. Аналог 4. Відомий аналог способу зведення аркової будівлі [Патент РФ № 2487978 "Спосіб зведення аркової будівлі", винахідник(и): Кузнецов Іван Леонідович (RU), Фахрутдинов Адель Едуардович (RU), МПК Е04В 1/32 (2006.01), Е04В 1/58, опубліковано: 20.07.2013 Бюл. № 20] [4] шляхом шарнірного з'єднання їх кінців в вузлі двома бічними фасонками, простір між якими після фіксації обрису арки заповнюється полімерним розчином, а жорсткість додатковозабезпечується зовнішньою тонкостінною оболонкою. Недоліком відомого рішення є низька опірність арки згинальним моментам в вузлах, полімерний розчин має більш низький модуль пружності, ніж матеріал арки, основною несучою конструкцією є зовнішня оболонка, а арка грає другорядну функцію для організації обрису арки, що призводить при малих і середніх прольотів до перевитрати матеріалу. Таким чином необхідно зводити дві несучі конструкції, при цьому оболонку необхідно виконати тільки із сталевого профільованого листа. Аналог 5. Відомі зубчасті з'єднання в шип дерев'яних елементів [Патент РФ № 2387535 "Зубцювате з'єднання", винахідник(и): Поутанен Туомо (FI), МПК B27F 1/16 (2006.01), Е04С 3/12, опубліковано: 27.04.2010 Бюл. № 12] [5] за допомогою клею. Такі з'єднання виготовляються тільки на заводі на спеціальних стендах. Недоліком відомого рішення є те, що в умовах будівельного майданчика такі з'єднання для створення довгомірних елементів не застосовуються, а перевезення і виготовлення довгомірних криволінійних елементів має підвищену вартість. Аналог 6. Відома конструкція способу виготовлення довгомірного профільованого клеєного бруса [Патент РФ № 2381338 "Спосіб виготовлення дерев'яного клеєного будівельного бруса", винахідник(и): Андріанов Олексій Володимирович (RU), МПК Е04С 3/12, опубліковано: 10.02.2010 Бюл. № 4] [6]. Спосіб включає збірку пакета фрезерованих дощок зі зміщенням відносно один одного зі створення пазів на одній стороні і виступів на іншій стороні, нанесення клею, фіксацію дощок між собою, запресовування пакета. Збірку пакета виконують з заготовок для бруса у вигляді фрезерованих дощок з упором з боку площини нанесення клею. Фіксацію дощок між собою виконують упором з утворенням замків, на одному або двох флангах склеювальної поверхні перешкоджають видавлювання клею. Недоліком відомого рішення є те, що такі елементи вимагають великих транспортних витрат, як довгомірні конструкції, і їх контроль клейового з'єднання, при виготовленні довгомірних конструкцій, утруднене при зростаннях кількості дощок в пакеті, особливо при виготовленні криволінійних елементів. 1 UA 115111 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Аналог 7. Відома конструкція пологої арки з клеєної деревини змінної висоти поперечного перерізу [Патент на корисну модель України № 100301 "Положиста арка з клеєної деревини змінної висоти поперечного перерізу", винахідники: Михайловський Д.В. (UA), Бабич Т.С. (UA), МПК Е04В 1/32 (2006.01) Е04С 3/06, опубліковано: 27.07.2015 Бюл. № 14] [7], що має найбільшу висоту всередині прольоту утворюючи піварок. Недоліком відомого рішення є те, що такі елементи вимагають великих транспортних витрат, як довгомірні конструкції, і їх контроль клейового з'єднання, при виготовленні довгомірних конструкцій є важким при зростанні кількості дощок в пакеті, особливо при виготовленні криволінійних елементів змінного перерізу. Запропонований спосіб збільшення висоти елемента піварок знизу зміщує центр ваги перерізу вниз, що зменшує арочний ефект конструкції і зменшує ефект від збільшення перерізу. Аналог 8. Відома конструкція для виготовлення довгомірного профільованого клеєного бруса [Патент РФ № 2280741 "Профілюванний клеєний дерев'яний брус", винахідники: Суворкіна К.Д. (RU), Курчаков Ю.К. (RU), МПК Е04С 3/12, опубліковано: 27.07.2006 Бюл. № 21] [8], який складається з двох паралельно розташованих на відстані один від одного пластин, які з'єднані по всій довжині третьою поздовжньою пластиною, площина якої перпендикулярна двом паралельним пластинам, а також з'єднані додатковими пластинами, площина яких перпендикулярна третій поздовжній пластині. Недоліком відомого рішення є те, що такі елементи вимагають великих транспортних витрат, як довгомірні елементи, і їх з'єднання в просторову аркову конструкцію викликає непереборні труднощі в організації опорних вузлів і ковзанярського вузла в силу значно поперечних розмірів. Прототип. Найбільш близьким пристроєм того ж призначення до заявленого винаходу за сукупністю ознак є конструкція модуля брусового [Патент РФ № 2524106 "Модуль брусовий", винахідники: Івшуков А.А. (RU), Наумов А.А., Наумов Ε.Α., МПК Е04В 1/10, опубліковано: 27.07.2014 Бюл. 21.] [9], немірної довжини, який утворений шляхом зрощування брусів мірної довжини. Бруси мірної довжини виконані порожнистими і складовими, які мають на одному або обох кінцях замки-тригранники, встановлені всередину порожнистого бруса, при цьому основа тригранника розташована знизу або зверху. Недоліком відомого рішення є те, що такі елементи вимагають точного виготовлення полого бруса, а при використанні модуля брусового як балки необхідно склеювати окремі модулі бруса на будівельному майданчику, що істотно впливає на якість клейових з'єднань, крім того, модулі повинні бути тільки прямолінійної форми, а також елементи стику теж повинні мати прямолінійну форму призм, що не дозволяє використовувати таке технічне рішення для створення склепінних куполів і арок. Технічний результат винаходу полягає в підвищенні несучої здатності конструкції відповідно до зростань внутрішніх зусиль, в збільшені міцності, жорсткості конструкції за рахунок одержання несучого криволінійного будівельного елемента з модульних криволінійних елементів, який може бути змінної ширини за рахунок додавання пластин (2). Крайні пластини (2) можуть бути менші по висоті від центральних пластин (2) для покращання елементів покриття. Зниження витрат деревини досягається за рахунок застосування модульних елементів різного перерізу для складання довгомірного елемента, і досягається за рахунок збільшення або зменшення по ширині модульних елементів кількості пластин, які з'єднуються по довжині будівельного елемента, утворюючи будівельний елемент змінної жорсткості. Там, де по довжині будівельного елемента згинальний момент більше, встановлюються модульні елементи з великою кількістю пластин. Технічний позитивний результат також полягає в зниженні вартості виготовлення, оскільки суттєво знижуються виробничі витрати за рахунок відкриття можливості виготовлення довгомірних елементів з модульних елементів невеликої довжини, немає потреби у великих гідравлічних стендах для склеювання ламелей в криволінійні довгомірні елементи. Технічний позитивний результат також полягає в зниженні транспортних витрат за рахунок зниження ваги монтажного елемента, яким є модульний елемент, розмір рядових криволінійних модульних елементів може становити 600-1200 мм, а вага від 20 до 50 кг, і вони легко перевозяться в ящиках і контейнерах. Технічний позитивний результат також полягає в зниженні вартості монтажу, за рахунок зниження термінів будівництва і відсутність великих монтажних механізмів. Модульні розміри монтажних елементів 600-1200 мм дозволяють здійснювати монтаж з лісів вручну без використання великих кранів і підйомних механізмів, що суттєво знижує вартість монтажу. Заводське виготовлення модульних елементів виключає додаткові роботи на монтажі, пов'язані з підгонкою елемента, що також знижує вартість будівництва за рахунок зменшення додаткових робот і виключення відхідних матеріалів. 2 UA 115111 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічний позитивний результат також полягає в покращені архітектурного вигляду конструкцій за рахунок поліпшення зовнішнього вигляду, в результаті отримання плавного з'єднання елементів по довжині за рахунок використання криволінійних елементів заводського виготовлення, а зміна по ширині перерізу елемента не змінює архітектурний обрис конструкції з модульних елементів. З криволінійних модульних елементів з'явилася можливість збирати криволінійні довгомірні елементи піварок для подальшого створення і збірки куполів, циліндричних оболонок, арок, піварок, склепінь різної конфігурації. Перелік фігур креслень. Конструкція модульного елемента пояснена кресленнями. Фіг. 1. Загальна схема конструкції криволінійного модульного елемента 1, який складається з паралельно-розташованих пластин 2, з'єднаних болтами 3. Фіг. 2. Вигляд зверху елемента (1) з трьох пластин. Криволінійний модульний елемент 1, складається з трьох паралельно розташованих пластин 2, з'єднаних болтами 3. Фіг. 3. Вигляд зверху елемента (1) з п'яти пластин. Криволінійний модульний елемент 1, складається з п'яти паралельно розміщених пластин - 2, з'єднаних болтами 3. Фіг. 4. Вигляд зверху (1) елемента з семи пластин. Криволінійний модульний елемент 1, складається з семи паралельно розміщених пластин 2, з'єднаних болтами 3. Фіг. 5. Загальний вигляд перед складанням. Криволінійний модульний елемент 1, який збирається з паралельно-розміщених пластин 2, з'єднаних болтами 3. Фіг. 6. Криволінійний елемент в збірці, який збирається з модульних криволінійних елементів. Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу Будівельний криволінійний елемент за даним винаходом складається з модульних криволінійних елементів - 1. При цьому кожен модульний елемент виконаний з непарної кількості (3, 5, 7, 9) паралельно розташованих криволінійних пластин прямокутного перерізу (2), об'єднаних болтами або нагелями (3). Пластини мають довжину b і висоту h, верхня межа криволінійних пластин (2) має радіус кривизни - R, і радіус кривизни внутрішньої грані - R-h. Криволінійні пластини (2) з'єднані певним чином в єдиний модульний елемент (1). Модульний елемент має шипоподібну форму в двох протилежних напрямках. Кожна з непарних по ширині модульного елемента (1) пластин послідовно і періодично зміщена по довжині елемента на 1/2 її довжини ν=b/2 симетрично щодо верхнього правого торця парних пластин. Таким чином, з'єднання модульних елементів утворюється з непарних пластин попереднього модульного елемента і парних пластин наступного модульного елемента, і при цьому через кожну поєднану частину пластин довжиною ν=b/2 проходить більше одного болта, і за допомогою бездротової технології модульних елементів довжиною ν=b/2 проходить також більше 1 болта. По довжині будівельного елемента кількість пластин модульних елементів (2) збільшують або зменшують в залежності від розрахунку несучої здатності. На будівельному майданчику поставляються двосторонні шипоподібні модульні елементи (1), які пройшли попередню збірку. Модульні елементи (1) мають створені за допомогою пластин (2), по обидва боки, пази, при цьому пази з одного боку модульного елемента збігаються з виступами іншого модульного елемента. Модульні елементи (1) послідовно вставляються в утворені пази з пластин (2) на лісах і скручуються шпильками, болтами або з'єднуються нагелями (3). Вільний кінець модульного елемента виставляється і підтримується відповідно до проекту на тих же лісах, де і стоїть монтажник, що є дуже зручним, і терміни монтажу таким чином суттєво скорочуються. Міцність будівельного елемента з модульних елементів забезпечується за рахунок цілісності перерізу елементів (1), виконаних з пластин (2) та з цільної деревини, а міцність з'єднань елементів забезпечується за допомогою болтів або нагелів (3), кількість яких більше одного (2, 3, 4 5), що забезпечує передачу як поздовжніх, так і поперечних сил, а також згинальних моментів, додатково поздовжні і поперечні сили передаються через контакт торцевих перетинів пластин суміжних модульних елементів. По довжині будівельного елемента кількість пластин (2) у модульних елементах збільшують або зменшують (фіг. 2, 3, 4) в залежності від розрахунку несучої здатності. Чим більше згинальний момент, тим більша кількість пластин. Крім того, збільшення кількості пластин збільшує жорсткість будівельного елемента в двох площинах, що дозволяє підвищити його жорсткість в площині дії згинальних моментів і міцність в площині дії згинальних моментів. Модульні елементи можуть виготовлятися з деревини, пластика, металу, фанери, деревоволокнистих або деревостружкових плит. 3 UA 115111 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Болти можуть замінюватися шпильками, при виконанні пластин з деревини, або нагелями. Нагелі виконують з більш твердих порід деревини (дуб, граб, бук), а отвори виконують діаметром меншим, ніж діаметр нагеля, що дозволяє досягти щільного з'єднання пластин і передачі зусиль від одних модульних елементів до інших, щоб забезпечити спільну роботу пластин. Нагель також може мати циліндричну або конічну форму. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2423581 "Спосіб зведення арочної будівлі.", винахідник(и): Кузнецов Іван Леонідович (RU), Фахрутдинов Адель Едуардович (RLJ), МПК Е04В 1/32 (2006.01), Е04В 1/58, опубліковано: 10.07. 2011 Бюл. № 19. 2. Патент Франції № 2303128 МПК Е04В 1/00 від 06.03.1975. 3. Патент РФ № 2486319 "Спосіб зведення кусково-ламаної арки", винахідник(и): Хісамов Рафаіль Ібрагімович (RU), МПК Е04В 1/32 (2006.01), опубліковано: 27.06.2013 Бюл. № 18. 4. Патент РФ № 2487978 "Спосіб зведення аркової будівлі", винахідник(и): Кузнецов Іван Леонідович (RU), Фахрутдинов Адель Едуардович (RU), МПК Е04В 1/32 (2006.01), Е04В 1/58, опубліковано: 20.07.2013 Бюл. № 20. 5. Патент РФ № 2387535 "Зубцювате з'єднання", винахідник(и): Поутанен Туомо (FI), МПК B27F 1/16 (2006.01), Е04С 3/12, опубліковано: 27.04.2010 Бюл. № 12. 6. Патент РФ № 2381338 "Спосіб виготовлення дерев'яного клеєного будівельного бруса", винахідник(и): Андріанов Олексій Володимирович (RU), МПК Е04С 3/12, опубліковано: 10.02.2010 Бюл. № 4. 7. Патент на корисну модель України № 100301 "Положиста арка з клеєної деревини змінної висоти поперечного перерізу", винахідник(и): Михайловський Д.В. (UA), Бабич Т.С. (UA), МПК Е04В 1/32 (2006.01) Е04С 3/06, опубліковано: 27.07.2015 Бюл. № 14. 8. Патент РФ № 2280741 "Профільований клеєний дерев'яний брус", винахідник(и): Суворкіна К.Д. (RU), Курчаков Ю.К. (RU), МПК Е04С 3/12, опубліковано: 27.07.2006 Бюл. № 21. 9. Патент РФ № 2524106 "Модуль брусовий", винахідник(и): Івшуков А.А. (RU), Наумов А.А., Наумов Е.А., МПК Е04В 1/10, опубліковано: 27.07.2014 Бюл. 21. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Будівельний елемент, який виконаний з модульних елементів, кожен з яких складається з паралельно розташованих пластин прямокутного перерізу висотою h, причому використовують непарну кількість пластин, які мають криволінійну форму, криволінійну зовнішню грань з радіусом кривизни R і внутрішню криволінійну грань з радіусом кривизни Rh, пластини з'єднані болтами або нагелями або шпильками, а кожна з непарних по ширині модульного елемента пластин послідовно зміщена у поздовжньому напрямку на однакову відстань 1 / 2 її довжини відносно парних пластин, таким чином, утворюючи шипоподібний елемент в двох протилежних напрямках з виступами і пазами, за допомогою якого утворюється з'єднання двох суміжних модульних елементів з непарних пластин попереднього модульного елемента і парних пластин наступного модульного елемента, при цьому через кожну поєднану частину пластин проходить більше одного болта, і через з'єднання модульних елементів проходить більше одного болта. 4 UA 115111 C2 5 UA 115111 C2 6 UA 115111 C2 7 UA 115111 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8