МОДУЛЬНАЯ КАРКАСНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2002 года по МПК E04G7/24 

Настоящее изобретение относится к системе лесов (строительных) или каркасам (фермам) с трубчатыми стойками и горизонтальными и/или диагональными стяжками для различных задач и областей применения, причем на каждой трубчатой стойке расположены один или несколько соединительных узлов, размещенных отдельно друг над другом, к которым крепятся соединительные элементы.

Строительные леса (каркасы) такого рода давно известны из уровня техники.

Из патента US-A 3420557 (ближайший аналог) известны строительные леса, соединительные узлы которых имеют четыре клиновых гнезда, в которые захватываются горизонтальные и диагональные стяжки посредством вставляемых клиновидных соединительных элементов. Недостатком является то, что для монтажа горизонтальной стяжки соединительная головка стяжки соединяется с клиновым гнездом посредством отдельного прикрепленного нетеряемого клина. У предложенной диагональной стяжки клиновые головки присоединены с возможностью поворота к концам диагональной стяжки через заклепочное соединение, которое может нести только малую механическую нагрузку.

Решающим критерием для применения модульных систем лесов являются требования к нагрузке на узлы с присоединенными горизонтальными и диагональными стяжками, что определяется так называемыми характеристиками соединительных узлов. Важнейшими релевантными характеристиками соединительных узлов являются допустимые изгибающие моменты и нагрузки - поперечная, нормальная и диагональная. Чем выше эти показатели, тем более экономичные конструкции могут быть возведены, т.к. требуется меньше материала.

Известные на мировом рынке модульные системы лесов фирм Layher, Plettac, Rux, , Cuplok и др. применяют соединительные узлы, которые по форме мало отличаются друг от друга и по части особенностей применения и экономичности находятся приблизительно на одном уровне. В основе существующих до настоящего времени конструкций соединительных узлов используются перфорированные диски и заготовки, описанные в публикациях ЕР-А 0389933, WO 97/49880 или DE-A 3715296 соответственно, или дисковая и чашечная форма с розеткой стойки, описанная в ЕР-А 0116679.

В модульных лесах балки монтируются как отдельные элементы, установленные посредством узловых элементов в горизонтальном и вертикальном направлении в двух- или трехразмерных конструкциях в форме фасадных, внутренних и прочих конструкций лесов.

Требуются модульные каркасные системы для расширения применения, улучшения пользовательских характеристик, экономичности конструкций и уменьшения затрат на изготовление модульных лесов и их элементов. Для их эффективного и требующего меньшего времени монтажа требуются решения, уменьшающие затраты материала, с более высокой несущей способностью узлов или более высокими характеристиками соединительных узлов.

Элементы модульной конструкции должны быть собраны так, чтобы в своем взаимодействии в своих конструктивных и механических соединениях так распределять нагрузки и сгибающие моменты, чтобы надежно были выполнены все требования по технике безопасности. Требования по технике безопасности касаются также применения предохранителей, предотвращающих смещение элементов. Такие фиксаторы являются дополнительным требуемым элементом модульной конструкции, который препятствует разъединению модулей при ветре или урагане.

Вертикально-диагональные стяжки (диагональные распорки) модульных каркасов необходимы для приема и выдерживания диагональных нагрузок, а также в балочных конструкциях элементов лесов для достижения требуемой стабильности и надежности.

Известные на рынке вертикально-диагональные стяжки, находящие применение у большинства изготовителей модульных систем лесов, могут принять сравнительно небольшую диагональную нагрузку в соединительных узлах.

Причиной такого относительно низкого значения допустимой нагрузки следует искать в технической конструкции известных вертикально-диагональных стяжек. Для известных вариантов узловых соединений (дисковых, чашечных или тарелочных) максимально допустимая диагональная нагрузка в узловых соединениях относительно мала и, следовательно, они мало подходят для специальных балочных конструкций из трубчатых стоек, горизонтальных и диагональных элементов лесов (стяжек).

Узел модульных лесов со значительно улучшенными значениями допустимых нагрузок описан в ЕР-В 0622504. Узлы этой конструкции состоят из четырех клиновых гнезд, в которые соединительные элементы зацепляются посредством клиновых соединений.

Клиновые гнезда и вставляемые клиновидные элементы имеют схожую форму, при этом клиновые гнезда содержат расположенные параллельно относительно друг друга стенки.

Задачей изобретения является создание модульной каркасной системы, пригодной для фасадных лесов и ферм с усовершенствованной конструкцией элементов системы, в частности покрытия (настилов), клиновых гнезд и соединительных элементов, а также вертикально-диагональных стяжек и других элементов системы, так, чтобы повысить характеристики узлов или несущую способность узлов и стабильность параллельности к фасаду модульной каркасной системы с клиновыми гнездами.

Пригодность конструкции для фасадных лесов означает повышение устойчивой параллельности фасаду технико-конструктивными мерами с использованием усовершенствованных элементов лесов настолько, чтобы отвечать без ограничений принятым требованиям для всех обычных вариантов конструкций фасадных лесов (до 8 метрового закрепляемого модуля). Это означает оптимизацию материальных, складских и транспортных затрат, поскольку в этом случае одной системы лесов достаточно для всех областей применения. Поскольку затраты на изготовление усовершенствованной модульной каркасной системы с клиновыми гнездами такие же или меньше, чем для изготовления каркасной системы, лишено смысла приобретение и содержание в наличии нескольких систем, как это принято до настоящего времени на фирмах, занимающихся монтажом лесов.

Пригодность балочного каркаса означает повышение допустимых пределов нагрузок на соединительные элементы посредством технико-конструктивных мер настолько, что допустимая растягивающая нагрузка на вертикально-диагональные стяжки приблизительно соответствует допустимой нормальной нагрузке на соединительные узлы лесов (позитивной или негативной), которая также должна повышаться.

Данная задача решается в модульной каркасной системе согласно изобретению.

У модульных конструкций каркасов с клиновыми гнездами или лесов с вставляемыми клиновидными соединениями соединительных узлов и соединительными элементами, вставляемые клиновидные элементы на концах распорных элементов зацепляются в клиновидные гнезда с геометрией, отличной от сечения вставляемых элементов.

Вставляемые клиновидные элементы зафиксированы на концах распорных элементов. После установки горизонтальных соединительных элементов вставляемые клиновидные элементы располагаются в клиновых гнездах таким образом, что их узкие стороны прилегают к трубчатым стойкам и лицевой стороне клинового гнезда, противоположной трубчатой стойке.

Двустороннее прилежание вставляемых клиновидных элементов узкими сторонами конических поверхностей пересекающихся сторон позволяет иметь большую нагрузку на соединение. Для этого конические поверхности пересекающихся сторон наряду с известным прямым профилем имеют вогнутую внутрь поверхность. Глубина вогнутости может составлять 0,5 мм. Помимо этого конические поверхности пересекающихся сторон имеют точно определенную поверхность. При этом наряду с определенной вогнутостью они имеют также заданную шероховатость поверхности с глубиной шероховатости 120 мкм.

Вставляемые клиновые элементы могут быть выполнены подобно известным из уровня техники с прямоугольным сечением, т. е. с параллельными боковыми сторонами, или с выпуклым сечением, т.е. с изогнутыми боковыми сторонами.

В частном варианте исполнения угол кривизны β увеличивается от повернутой к трубчатой стойке лицевой стороны вставляемого клиновидного элемента, начиная от угла β = 0.
Приемные отверстия клиновых гнезд выполняются с большей шириной по сравнению с толщиной вставляемых клиновидных элементов таким образом, что с каждой стороны имеется зазор приблизительно в 1 мм между боковыми сторонами вставляемого клиновидного элемента и внутренними стенками клинового гнезда.

В другом предпочтительном варианте исполнения зазор для радиального поворота вставляемого клиновидного элемента в клиновом гнезде образуется тем, что боковины клинового гнезда не параллельны друг другу, а сближаются друг с другом с удалением от трубчатой стойки. Таким образом, клиновое гнездо в сечении имеет направленную от трубчатой стойки усеченную клиновидную форму.

Горизонтальные соединительные элементы монтируются посредством описанного соединения клинового гнезда и вставляемого клиновидного элемента. Диагональные стяжки монтируются посредством клиновых головок, расположенных с каждой стороны диагональной стяжки, и задвигаются на соответствующее клиновое гнездо.

Вертикально-диагональная стяжка по данному изобретению состоит из трубы с длиной L, которая с двух сторон срезана косо на угол α, зависящий от длины L, и снабжена клиновыми головками, расположенными поперечно на концах трубы, т. е. прикрепленными широкой стороной к этим концам, например, электросваркой.

Клиновая головка представляет собой полый прямоугольный параллелепипед, имеющий две широкие стороны и две узкие лицевые стороны с округленной выемкой и монтажным отверстием для клинового гнезда, а также верхнюю и нижнюю стороны с отверстием в виде прорези для задвигания невыпадающего клина. Широкая сторона приваривается к диагонально срезанным под углом α концам трубы диагональной стяжки.

В собранном положении вертикально-диагональная стяжка, которая посредством находящихся на узкой лицевой стороне монтажных отверстий задвинута на клиновидное гнездо трубчатой стойки, плотно прилегает своей поверхностью к стенке трубчатой стойки посредством выемки на узкой лицевой стороне. Фиксация вертикально-диагональных стяжек, т.е. клиновых головок, в этой установочной позиции и последующие запирание и натяг осуществляется посредством задвигания или забивания клина, располагаемого в плоскости длинной стороны и клинового гнезда. Этот клин проходит через отверстие в виде прорези на верхней части клиновой головки, клиновое гнездо и выходит из отверстия в виде прорези в нижней части клиновой головки.

Узловое соединение по данному изобретению дает напряженно-плотное соединение вертикально-диагональной стяжки с трубчатой стойкой. Посредством этого большая часть нагрузки на вертикально-диагональную стяжку переводится на трубчатую стойку с очень малым эффектом рычага.

Горизонтальная жесткость, необходимая для фасадных лесов, достигается посредством установки элементов покрытия каркасной системы с опорой на трубчатые поперечины и автоматическими средствами защиты от смещения, работающими за счет силы тяжести. Средства защиты от смещения по данному изобретению интегрированы в покрытие каркасной системы и действует автоматически от силы тяжести, позволяя отказаться от средств защиты от смещения, требуемых в других известных модульных каркасных системах.

Благодаря взаимодействию всех элементов каркаса по данному изобретению и значительно более высоким по отношению к существующим системам модульных каркасов допустимым значениям наиболее важных характеристик узлов в соединении для достижения горизонтальной жесткости с напряженно-плотным соединением покрытия каркаса с опорой в виде трубчатой поперечины и интегрированными автоматическими средствами защиты от смещения выявляется большое количество преимуществ и экономичных конструктивных возможностей. При этом основное преимущество заключается в том, что можно использовать только одну каркасную систему для всех случаев и областей применения. Среди прочего спектр применения модульных каркасных систем с клиновыми гнездами может быть расширен за счет применения в резервуарах и круглых сооружениях. Кроме того, за счет дополнительных модульных элементов, таких как консоли, подвесные элементы для опорных распорок и защитные крыши, допускаемых к использованию органами по надзору за строительством и ТБ, может быть повышена приспосабливаемость и варьируемость новых модульных лесов.

Существенным преимуществом является применение модульной каркасной системы с клиновыми гнездами типового исполнения с руководством по монтажу и эксплуатации, как составной части первых требований строительного надзора к фасадным лесам, учитывающих последние руководящие указания для модульных каркасных систем. При этом применение новых систем может осуществляться без дополнительных, требовавшихся до сих пор доказательств пригодности в форме анализа конструкций и требуемого разрешения для отдельных случаев применения.

Новые более экономичные возможности конструкций и преимущества в конструировании каркасов (лесов) следуют из возможности нести весьма высокую нагрузку вертикально-диагональных соединений в сочетании с другими улучшенными или более высокими характеристиками узлов.

Такими областями применения могут быть, например, несущие и опорные леса и каркас опалубки, а также монтаж и демонтаж балочных опорных конструкций, таких, например, как ангары, сооружения типа залов и их крыши, временных мостов, стеллажей, платформ, трибун, подиумов, выставочных стендов, несущих конструкций для рекламы с различными расстояниями между пролетами, формами и размерами.

Применение вертикально-диагональных стяжек по данному изобретению имеет следствием значительное расширение возможностей применения модульных каркасов для эффективного сооружения и демонтажа, а также экономичную, простую, легкую и быструю сборку с различными возможностями для монтажа балочных конструкций.

Значительные преимущества, в частности, при применении в каркасе опалубки создаются из возможности работать без зазоров между обшивкой и стойками каркаса, поскольку стяжка доходит до опор на одном уровне.

В конструкциях лесов может быть значительно снижено количество требуемых вертикально-диагональных стяжек благодаря описанным новым конструкциям соединительных узлов, имеющих значительно более высокое значение допустимой нагрузки, в особенности в отношении изгибающих моментов на соединительные элементы распорок. При всех типовых вариантах исполнения фасадных лесов за малым исключением, соответственно, можно полностью отказаться от упомянутого строительного надзора за установкой раскосов.

Дальнейшие детали, признаки и преимущества изобретения следуют из последующего описания варианта исполнения изобретения с прилагаемыми чертежами.

На фиг.1.1 и 1.2 показана форма вставляемых клиновидных соединений.

На фиг.2, 2.1 и 3 показана геометрия клинового гнезда.

На фиг.4.1-4.3 представлено конструктивное исполнение клиновой головки.

На фиг. 5.1 и 5.2 показаны разрезы Д-Д и Г-Г клиновой головки, представленной на фиг.4.2а.

На фиг.6.1 и 6.2 изображена клиновая головка с задвинутым клином.

На фиг.7 показана вся диагональная стяжка по данному изобретению.

На фиг. 8 представлен вид сверху на диагональную стяжку в установочной позиции.

На фиг.9 представлено конструктивное исполнение соединительного узла каркаса по данному изобретению с клиновыми гнездами и установленными двумя горизонтальными стяжками и одной диагональной стяжкой.

На фиг.1.1 показано исполнение горизонтальной стяжки 1 (концевые части) с закрепленными по бокам вставляемыми клиновидными соединительными элементами 5. Правый конец стяжки на фиг.1.1 снабжен вставляемым клиновидным элементом 5, коническая поверхность 5.3 которого имеет вогнутое закругление с глубиной w приблизительно 0,5 мм. Пересекающиеся стороны выполнены прямоугольными и имеют определенную шероховатость поверхности с глубиной 120 мкм. Разрез А-А на фиг.1.2 дает представление о предпочтительных сечениях вставляемых клиновидных элементов 5. Боковые стороны 5.1 могут быть выпуклыми, т. е. выполненными с закруглением (скосом). В частном варианте исполнения (фиг. 1.2 нижнее изображение) угол кривизны (скоса) β = 0 на лицевой стороне 5.2, обращенной к трубчатой стойке 3 (см. фиг.2), и растет в осевом направлении горизонтальной стяжки 1.

Фиг. 2, 2.1 и 3 наглядно представляют геометрию клинового гнезда 6 сцепления соединительных элементов стяжек, причем четыре клиновых гнезда, формирующих соединительный узел 4 каркаса, прикреплены (предпочтительно сваркой) на определенном расстоянии к трубчатой стойке 3.

В первом варианте исполнения клинового гнезда 6 на фиг.2.1 (увеличенный разрез Б-Б) клиновое гнездо имеет параллельные боковины 6.2 с приемным отверстием 6.1 с большей шириной по сравнению с толщиной клиновидного элемента 5, вставляемого в него.

Зазор z между боковыми сторонами (образующими зубца) вставляемого клиновидного элемента 5 и внутренних стенок боковин 6.2 клинового гнезда 6 составляет соответственно около 1 мм. Геометрия упомянутых элементов по данному изобретению позволяет сопряжение вставляемых клиновидных элементов 5 и клинового гнезда 6 для установки строительных лесов в круглых зданиях за счет радиального поворота горизонтальной стяжки 1 на угол γ.
Во втором варианте исполнения клинового гнезда 6 (фиг.3) боковины 6.2 клинового гнезда 6 направлены друг к другу так, что сечение имеет конический профиль сходящихся боковин 6.2.

На фиг. 4.1-4.3 представлен вариант конструктивного исполнения клиновой головки 7, выполненной в форме полого прямоугольного параллелепипеда. На фиг. 4.1 изображены верхняя сторона 13 с отверстием в виде прорези 12 для клина 15. Профиль образуется широкими сторонами 8 и узкими лицевыми сторонами 9. В установленном состоянии (см. фиг.8 и 9) клиновая головка 7 прилегает к трубчатой стойке 3 выемкой 9.1.

На фиг. 4.2а на изображении слева показана широкая сторона клиновой головки 7, к которой примыкает и крепится труба 2.1 диагональной стяжки (см. фиг. 7), обрезанная косо под углом α. Фиг.4.2b представляет узкую лицевую сторону 9 с монтажным отверстием 11, через которое задвигается клиновое гнездо 6 при монтаже диагональной стяжки к трубчатой стойке 3.

На фиг. 4.3, по существу аналогичной фиг.4.1, показана нижняя часть 14 клиновой головки 7 с отверстием в виде прорези 12, из которой при монтаже выступает клин 15.

Разрезы Д-Д и Г-Г на фиг.5 показывают полость 10 приема клинового гнезда 6 в клиновой головке 7, а также пропорции толщины стенки и полости 10. Полость 10 предназначена для приема клинового гнезда 6 через отверстие 11 и для ввода клина 15 через отверстие 12. Стенки отверстия 11 могут быть закруглены в его приемной части.

На фиг.6.1 и 6.2 представлен фронтальный и боковой вид клиновой головки 7 на ее широкую сторону 8 и на ее узкую сторону 9, причем клин 15 задвинут, т. е. находится в запертой позиции. Просечные штифты (профилированные конические штифты) предохранения от выскальзывания клина, например штифты 16 в клине 15, позволяют достигать требуемой подвижности клина при монтаже и демонтаже; они обеспечивают невыпадаемость клина.

Фиг.7 показывает конструкцию всей диагональной стяжки, состоящей из трубы 2.1 и клиновых головок 7. Длина L варьируется при изменении угла α.
На фиг. 8 представлены описанные диагональные стяжки 2, состоящие из клиновой головки 7 и трубы 2.1 в установочной позиции. Изображенный узел 4 на стойке 3 каркаса содержит четыре клиновых гнезда 6. На правое невидимое клиновое гнездо 6 задвинута клиновая головка 7 через ее монтажное отверстие 11 в узкой лицевой стороне 9. Клин 15 вставлен и проходит при этом через отверстие 12 в верхней части 13 клиновой головки 7, клиновое гнездо 6 и отверстие 12 в нижней части 14 клиновой головки 7 (см. фиг.6). Узкая лицевая сторона 9 клиновой головки 7 с выемкой 9.1 прижата ее поверхностью к стенке трубчатой стойки 3 в результате напряженно-плотного соединения посредством вставленного клина 15.

На фиг. 9 представлено конструктивное исполнение узла 4 каркаса по данному изобретению с клиновыми гнездами 6 и двумя установленными горизонтальными стяжками 1, а также одной установленной диагональной стяжкой 2. Диагональная стяжка задвинута в направлении стрелки посредством монтажного отверстия 11 клиновой головки 7 на клиновое гнездо 6 таким образом, что клиновая головка 7 принимает в себя клиновое гнездо 6 и пара клиновая головка 7 - клиновое гнездо 6 запирается в этой установочной позиции посредством клина 15.

Изобретение относится к системе строительных лесов или каркасным системам. Технический результат - усовершенствование конструктивных элементов системы. Каркасная система состоит из трубчатых стоек с горизонтальными и/или диагональными стяжками и сопутствующими деталями системы. На каждой трубчатой стойке расположены один или с интервалом друг над другом несколько соединительных узлов каркаса, каждый из которых содержит соответственно четыре клиновых гнезда сцепления соединительных элементов стяжек посредством вставляемых клиновидных элементов. Клиновые гнезда соединительных узлов имеют геометрию, отличную от сечения вставляемых элементов, а на каждом конце трубы диагональной стяжки расположена клиновая головка, выполненная с возможностью посадки на клиновое гнездо с примыканием к трубчатой стойке и возможностью фиксации клином через клиновую головку и клиновое гнездо. Клиновидные вставляемые соединительные элементы по их передней и задней клиновым поверхностям пересекающихся сторон имеют вогнутую внутрь поверхность. 11 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Модульная каркасная система с трубчатыми стойками, горизонтальными и/или диагональными стяжками и сопутствующими деталями системы, причем на каждой трубчатой стойке расположен один или с интервалом друг над другом несколько соединительных узлов каркаса, каждый из которых содержит соответственно четыре клиновых гнезда сцепления соединительных элементов стяжек посредством вставляемых клиновидных элементов, при этом клиновые гнезда соединительных узлов имеют геометрию отличную от сечения вставляемых элементов, а на каждом конце трубы диагональной стяжки расположена клиновая головка, выполненная с возможностью посадки на клиновое гнездо с примыканием к трубчатой стойке и возможностью фиксации клином через клиновую головку и клиновое гнездо, отличающаяся тем, что клиновидные вставляемые соединительные элементы по их передней и задней клиновым поверхностям пересекающихся сторон имеют вогнутую внутрь поверхность. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вставляемые клиновидные элементы имеют выпуклое сечение с увеличением искривления боковой стороны в направлении от обращенной к трубчатой стойке лицевой стороны вставляемого клиновидного элемента с начальным углом кривизны β = 0.
3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что клиновидные поверхности пересекающихся сторон имеют заданную шероховатость поверхности с глубиной шероховатости 120 мкм. 4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что глубина w вогнутой клиновой поверхности составляет в основном 0,5 мм. 5. Система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что отдельная вертикально-диагональная стяжка состоит из трубы длиной L, которая с обеих сторон имеет косо срезанные под углом α концы с полой клиновой головкой установки диагональной стяжки на узле трубчатой стойки, имеющей в основном прямоугольную форму, причем труба расположена примыкающей к широкой стороне каждой клиновой головки с образованием между нормалью к продольной оси трубы и продольной осью клиновой головки угла α, при этом клиновая головка имеет выемку на узких лицевых сторонах, выполненную с размером, соответствующим внешнему закруглению трубчатой стойки и возможностью примыкания этой выемки к трубчатой стойке в установочной позиции, а в клиновой головке находится полость приема клинового гнезда трубчатой стойки через монтажное отверстие с узкой лицевой стороны клиновой головки и ведущие к этой полости отверстия в виде прорези, расположенные на верхней стороне и на нижней стороне клиновой головки с возможностью ввода в них подходящего к их форме клина через верхнюю сторону и клиновое гнездо с выходом из отверстия в нижней стороне, прижатия клиновой головки с выемкой на лицевой стороне к трубчатой стойке и фиксации вертикально-диагональной стяжки в установочной позиции. 6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что клин имеет на верхнем широком конце и на нижнем узком конце по просечному штифту предохранения от выскальзывания клина из отверстий в виде прорезей в верхней стороне или нижней стороне клиновой головки. 7. Система по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что клин по всей длине имеет одинаковую толщину стенок, которая меньше, чем ширина отверстия клинового гнезда и отверстия в виде прорези. 8. Система по любому из пп. 5-7, отличающаяся тем, что клин имеет длину и коническую форму, обеспечивающие расположение клина в установочной позиции проходящим через клиновое гнездо с выступом с обеих сторон клиновой головки и прижатием лицевой стороны клиновой головки выемкой к трубчатой стойке. 9. Система по любому из пп. 5-8, отличающаяся тем, что труба диагональной стяжки имеет различную длину L, причем увеличение длины L соответствует уменьшению угла α соединения трубы с широкой стороной клиновой головки. 10. Система по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что она содержит трубчатые поперечные элементы покрытия, расположенные между узлами каркаса с опорой захватами на горизонтальные стяжки и фиксацией посредством автоматически защитных средств от смещения, причем захваты имеют крепление к раме, а защитные средства от смещения выполнены интегрированными в раму трубчатых поперечных элементов покрытия с приводом их в действие посредством силы тяжести. 11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что приемное отверстие клиновых гнезд выполнено с параллельными боковинами и имеет ширину большую, чем толщина вставляемых клиновидных элементов в основном на 1 мм с каждой стороны. 12. Система по п. 1, отличающаяся тем, что клиновые гнезда выполнены с боковинами, сходящимися на конус.