Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ КАРКАСНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу сборки пространственной каркасной конструкции из тонкостенных элементов, и может быть использовано в индивидуальном домостроении каркасных сооружений.

Известен способ соединения тонкостенного элемента открытого сечения по патенту Российской Федерации №2551175, кл. Е04В 1/38, 2015 г., включающий выполнение на стенке конца элемента продольного надреза, отгиб образовавшихся частей стенки, наложение конца стержня на присоединяемую деталь и установку крепежных элементов, причем продольный надрез стенки выполняют по ее середине, а затем устанавливают на ширину стенки листовую деталь с симметричным треугольным вырезом с вершиной в точке конца продольного надреза, а отгиб частей стенки выполняют до контакта с внешней поверхностью листовой детали, при этом крепежные элементы устанавливают как в пределах отогнутых на листовую деталь частей стенки, так и в пределах выступающего за вершину треугольного выреза участка листовой детали.

В собранном виде узел соединения обладает увеличенной толщиной соединяемых деталей, что повышает несущую способность узла соединения на смятие.

Однако он не обладает достаточной герметизацией и подвержен коррозии и воздействию вибрации.

Известен способ изготовления конструкций из тонкостенных элементов по патенту Российской Федерации №2318966, кл. Е04В 1/58, 2008 г. Он включает предварительную их заготовку и крепление профилей при помощи самонарезающих винтов. При заготовке профилей осуществляют их разметку. На заготовке одного профиля штампуют выпуклость в виде полусферы, а на заготовке другого профиля - круглое отверстие. Диаметр отверстия меньше диаметра полусферы. Перед креплением профилей производят их фиксацию за счет защелкивания полусферы в отверстие.

Этот способ позволяет ускорить сборку на месте строительства, обеспечивая точность изготовления и прочность за счет работы винтов и передачи нагрузки на обвязочную балку. Но он недостаточно противостоит от воздействия вибрации, плохо обеспечена герметизация узлов и защита от коррозии.

Известен способ замкового соединения тонкостенных элементов для каркасной пространственной конструкции здания по патенту Российской Федерации №2264507, кл. Е04В 1/58, 2005 г., принятый заявителем за прототип. Он включает выполнение конического углубления на каждом из соединяемых тонкостенных элементов внутреннем и наружном, соосное размещение конических углублений и скрепление тонкостенных элементов крепежным элементом.

Соединение тонкостенных элементов с использованием данного способа значительно увеличивает несущую способность соединения, но плохо защищено от воздействия вибрации и коррозии, не обеспечено герметизацией узлов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение ресурса надежности и безопасности эксплуатации пространственной каркасной конструкции из тонкостенных элементов за счет создания защиты от воздействия вибрации на конструкцию, за счет герметизации узлов, обеспечивающих повышение несущей способности конструкции, повышение качества и упрощение процесса сборки конструкции и, как следствие, повышение эксплуатационных качеств как отдельных строительных конструкций из тонкостенных элементов, так и здания в целом.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении коническое углубление на наружном соединяемом элементе выполняют глубиной, равной не менее t₂=h₁+t₁, а на внутреннем соединяемом элементе глубиной, равной не менее t₃=h₁+1,5t₁,

t₁ - толщина листового материала, из которого выполнен соединяемый тонкостенный элемент;

t₂ - глубина конического углубления наружного соединяемого элемента;

t₃ - глубина конического углубления внутреннего соединяемого элемента;

h₁ - высота головки крепежного элемента;

после выполнения конических углублений место соединения соединяемых тонкостенных элементов покрывают клеящим слоем, совмещают и фиксируют соединяемые тонкостенные элементы в замковом соединении, при этом при скреплении тонкостенных элементов головку крепежного элемента устанавливают заподлицо в коническом углублении наружного соединяемого тонкостенного элемента, причем соединяемый конец внутреннего соединяемого тонкостенного элемента предварительно обжимают до внутреннего размера наружного соединяемого тонкостенного элемента.

Кроме того, для дополнительного усиления соединения после нанесения клеящего слоя устанавливают усиливающую пластину и крепят ее к тонкостенным элементам.

Кроме того, клеящий слой выполняют из клеевого состава или из двухсторонней самоклеящейся ленты.

Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в том, что благодаря выполнению замкового соединения в виде конического углубления на каждом из соединяемых тонкостенных элементов внутреннем и наружном и нанесению клеящего слоя на место соединения соединяемых тонкостенных элементов пространственной каркасной конструкции значительно улучшилась и герметизация узлов и появилась дополнительная защита от коррозии узловых соединений конструкции, а также значительно повысилась защита конструкции от воздействия вибрации, а отсюда и повысилась несущая способность собираемых пространственных конструкций.

На фиг. 1 изображена пространственная каркасная конструкция, общий вид;

на фиг. 2 - несущий узел пространственной каркасной конструкции с установленной усиливающей пластиной;

на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2, соединение внутреннего и наружного соединяемых тонкостенных элементов с усиливающей пластиной и клеящем слоем с использованием крепежных элементов в виде заклепок;

на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 2, соединение внутреннего и наружного соединяемых тонкостенных элементов с усиливающей пластиной и клеящим слоем с использованием крепежных элементов в виде саморезов;

на фиг. 5 - выполнение замкового соединения в виде конического углубления на каждом из соединяемых тонкостенных элементов внутреннем и наружном;

на фиг. 6 - фрагмент пространственной каркасной конструкции и узел соединения тонкостенных элементов этой конструкции.

Для осуществления предложенного способа используют пространственную каркасную конструкцию, например ферму покрытия, состоящую из тонкостенных элементов конструкции: нижнего пояса 1 и верхнего пояса 2, стоек 3 и раскосов 4. Сборку элементов конструкции осуществляют посредством крепежных элементов: заклепок 5 или саморезов 6. Количество крепежных элементов и их вид определяют расчетом по несущей способности узла.

В некоторых случаях возникает необходимость дополнительного усиления пространственной каркасной конструкции из тонкостенных элементов в несущих и опорных узлах, например в узлах I, II, и III в изображенной на фиг. 1 ферме покрытия. Для дополнительного усиления несущих и опорных узлов пространственной каркасной конструкции в месте усиления узла на тонкостенные элементы наносят клеящий слой 7, на который затем устанавливают усиливающую пластину 8 и крепят ее к тонкостенным элементам пространственной каркасной конструкции крепежными элементами, в основном саморезами 6.

Способ замкового соединения тонкостенных элементов для каркасной пространственной конструкции осуществляют следующим образом.

Предварительно, перед сборкой пространственной каркасной конструкции: каркаса стен, ферм покрытия и перекрытия, соединяемый конец внутреннего соединяемого тонкостенного элемента предварительно обжимают до внутреннего размера наружного соединяемого тонкостенного элемента.

На соединяемых тонкостенных элементах каркаса стен и ферм покрытия и перекрытия выполняют замковое соединение. Замковое соединение выполняют в виде конического углубления 9 на каждом из соединяемых тонкостенных элементов внутреннем, например стойке 3, и наружном, например нижнем поясе 1. Конические углубления 9 выполняют соосными. Коническое углубление 9 на наружном соединяемом элементе - нижнем поясе 1 выполняют глубиной, равной не менее t₂=h₁+t₁, а на внутреннем соединяемом элементе - стойке 3 глубиной, равной не менее t₃=h₁+1,5t₁, где

t₁ - толщина листового материала, из которого выполнен соединяемый тонкостенный элемент;

t₂ - глубина конического углубления наружного соединяемого элемента;

t₃ - глубина конического углубления внутреннего соединяемого элемента;

h₁ - высота головки крепежного элемента.

При этом соединяемый конец 10 внутреннего соединяемого тонкостенного элемента стойки 3 предварительно обжимают до внутреннего размера наружного соединяемого тонкостенного элемента - нижнего пояса 1.

После выполнения конических углублений место соединения соединяемых тонкостенных элементов: стойки 3 и нижнего пояса 1 пространственной каркасной конструкции - фермы покрытия покрывают клеящим слоем 7, совмещают и фиксируют соединяемые тонкостенные элементы в замковом соединении крепежным элементом, например заклепкой 5. При этом при скреплении тонкостенных элементов головку крепежного элемента устанавливают заподлицо в коническом углублении 9 наружного соединяемого элемента - нижнего пояса 1. Причем соединяемый конец внутреннего соединяемого тонкостенного элемента предварительно обжимают до внутреннего размера наружного соединяемого тонкостенного элемента.

А несущие узлы, например узел I, пространственной каркасной конструкции усиливают дополнительно. Для дополнительного усиления несущих узлов пространственной каркасной конструкции в месте усиления, например, узла I на тонкостенные элементы: нижний пояс 1, верхний пояс 2 и стойки 3 наносят клеящий слой 7, на который затем устанавливают усиливающую пластину 8 и крепят ее к тонкостенным элементам: нижнему поясу 1, верхнему поясу 2 и стойкам 3 фермы покрытия крепежными элементами - саморезами 6.

При этом клеящий слой 7 выполняют из клеевого состава или из двухсторонней самоклеящейся ленты.

Таким образом, ферма покрытия собрана и усилена пластинами.

Применение клеевого состава для скрепления соединяемых тонкостенных элементов и установки усиливающей пластины оправдано выбранным технологическим процессом сборки пространственной каркасной конструкции именно из тонкостенных элементов и свойствами выбранного клеевого состава, что дает свои преимущества перед другими способами скрепления металлических деталей друг с другом.

* В отличие от сварки и клепки, клеевое крепление распределяет статическое напряжение и динамическое воздействие равномерно. Благодаря этому создается защита от вибрации.

* Структуру поверхности металла клеевые составы оставляют неизменной, в то время как проходящая при высокой температуре сварка может изменить эту структуру, а с ней - механические свойства поверхности.

* Клеевое соединение не требует создания отверстий в материале, в отличие от клепки и болтовых соединений.

* После затвердения клеи для металла демонстрируют эластичность, высокую сопротивляемость механическому воздействию. Их можно применять в легких конструкциях, состоящих из компонентов толщиной 0.5 и менее миллиметра, для которых сварка затруднена.

* Клеевой слой предохраняет от коррозии соединения из разнородных металлов.

Для сравнения.

Существует несколько способов скрепления металлических деталей друг с другом, но все они характеризуются рядом недостатков. Например, термическое воздействие приводит к перегреву материала и нарушению целостности его структуры, что в ряде случаев сокращает долговечность такого «контакта». Кроме того, не все металлы можно соединить при помощи определенного вида сварки. Применение заклепок также «ослабляет» обрабатываемый участок, да и времени требует значительно больше. Около полувека назад появился новый способ надежного соединения металлов, который получил название «сварка холодная». Такая технология предполагает применение специальных клеящих средств и отличается простотой и доступностью. Преимущества склеивания: не требуются профессиональные навыки и специальное оборудование. В процессе работы не изменяются свойства металлов в месте соединения. Нагрузка на основу распределяется равномерно. Полная герметичность «шва». При склеивании металлов (сплавов) отсутствуют ограничения по их видам. Данную работу можно проводить практически в любом месте. Нет необходимости подвергать шов дополнительной «финишной» обработке (выравниванию, шлифовке), как, например, после электро- или газосварки. Минимальное время на технологическую операцию. Кроме того, существенным плюсом склеивания является возможность надежного соединения металлов с другими материалами, чего нельзя осуществить (или чрезвычайно трудно) другими способами.

В замковом соединении тонкостенных элементов для каркасной пространственной конструкции здания возможно использование клеевого состава, например, в виде двухкомпонентного полиуретанового клея для металла без содержания растворителя, предназначенного для профессионального конструктивного склеивания металлических конструкций.

Основой полиуретанового клея является жидкий каучук, в составе клея нет воды и в этом его преимущество - этот клей универсальный, он устойчив к химическим реагентам, к ультрафиолету, к влаге, к тепловым перепадам.

Соединения с использованием полиуретанового клея можно эксплуатировать при температуре от -60 до +120°C.

Этот клей обеспечивает высокую прочность соединения, не дает развиваться грибам и плесени, он прекрасно заполняет швы, применение его полностью безопасно для человека.

Полиуретановый клей имеет прекрасную адгезию с камнем, металлом, керамикой, деревом, стеклом.

Использование предлагаемого технического решения позволило защитить пространственную каркасную конструкцию из тонкостенных элементов от воздействия вибрации; герметизировать узлы соединения тонкостенных элементов, дополнительно защитив их от коррозии; повысить несущую способность каркаса стен, ферм покрытия и перекрытия; увеличить тем самым ресурс надежности и безопасности эксплуатации пространственной каркасной конструкции из тонкостенных элементов и здания в целом.