FI116576B - Arinapalkisto - Google Patents

Description

116576

Arinapalkisto

Keksinnön kohteena on arinapalkisto, joka on käytettävissä rakennusten vaakarakenteissa kantavana rakenteena.

5

Arinapalkisto kantavana vaakarakenteena on sinällään tunnettu, ja sitä on käytetty rakennuksissa mm. alapohjien, välipohjien sekä yläpohjien rakenteissa. Tämä kantava rakenne on katettu tarkoituksenmukaisella tasoele-mentillä, kuten lattialla ja vastaavalla, tai sisäkattoelementillä ja vastaavalla.

10 Tällainen elementti voi olla asennettuna arinapalkistolle joko niveltyvänä rakenteena tai arinapalkistoon siten kiinnitettynä, että se voi toimia osana rakenteen kuormankantoelimiä.

On myös tunnettua, että arinapalkisto on muodostettu toisiaan kertaavista, 15 yhteenliitetyistä moduleista. Esimerkkeinä näistä rakenteista voidaan mainita yhdysvaltalaisesta patenttijulkaisusta 3 600 869 ilmenevä arinapalkisto, joka koostuu kehikkoelementeistä. Toisaalta tunnetaan suomalaisesta patenttihakemuksesta 19992501 arinapalkisto, jonka perusrakenteena on poikkileikkaukseltaan neliönmuotoinen laatikkoelementti. Arinapalkisto 20 muodostetaan näistä elementeistä liittämällä niitä kyljittäin toisiinsa. Laati-;; ; kot ovat oleellisesti avoimia sekä päältä että alta, jolloin kantava rakenne * muodostuu ensisijaisesti laatikoiden pystyseinämistä. Kummassakin raken- . . teessä arinapalkisto on säännöllinen neliö. US patenttijulkaisun 3 600 869 !..* mukaisessa rakenteessa kehikkoelementit liitetään toisiinsa kulmistaan 25 vinoarinaksi siten, että kantavan rakenteen leveys- ja pituussuunta ovat : neliön halkaisijan suuntaiset. Rakenteen leveyssuuntainen modulimitta voi * i | .···! olla yhden kehikkoelementin halkaisijamitta. Suomalaisessa patenttihake- * * muksessa kuvatussa rakenteessa puolestaan laatikkoseinämien suunnat määrittävät kantavan rakenteen pituus- ja leveyssuunnat, ja rakenteesta 30 muodostuu suora-arina. Rakenteen levyssuuntaiseksi modulimitaksi on esi-. · tetty kahden vierekkäin liitetyn laatikon yhdensuuntaisten seinämien yh- .· teenlaskettua pituutta. Elementtien asettuminen kantavassa rakenteessa 2 1 1 657 6 pituus-, vastaavasti leveyssuuntaan nähden aikaansaa myös eron rakenteiden jäykkyydessä rakenteen eri suunnissa. Suomalaisessa patenttihakemuksessa 19992501 kuvatussa rakenteessa laatikkoelementeistä koostuvaa arinapalkistoa ei ole esitetty sellaisenaan kuormaa kantavana raken-5 teenä, vaan se on osana liittorakennetta, johon kuuluu ylä- ja/tai alapuolinen laattarakenne, johon arinapalkisto on liitetty jäykästi ja siten kuormaa kantavasti.

Julkaisussa JP4330140 on kuvattu rakenne, missä rakennemodulit muo-10 dostavat oktaedrit on puristettu yhteen esijännityksellä, mikä tarkoittaa, että pääsääntöisesti kaikki pysty-ja vinosivut ovat puristuksessa, erikoisesti niiden välinen särmä. Vetovoimat siirtyvät vain esijännitetyissä teräksissä, jotka kulkevat kehien kautta. Koska ne sijaitsevat liian lähellä neutraali-tasoa, ne ovat pitkälle tehottomat, mutta silti erittäin rasitetut, seikka joka 15 vaarantaa systeemin stabiliteettia.

Patenttijulkaisu US4711057 sisältää kuvauksen rakenteesta, joka sopii sekä geodeettisenä pallokupolina että vaakatasorakenteena, mikä sellaisenaan on jo ristiriita. Julkaisun kuvioissa 2 ja 8 esitetyt laatikot sopivat 20 erinomaisesti pallolohkorakenteeseen, mutta ei esimerkiksi pilarivaaka- • · · ··· tasojärjestelmään. Oletetaan, että viimemainitussa on säännöllinen pilari- jako ja vaakataso tehty yllämainituista laatikoista. Tällöin kaksi toisiinsa *:·*: liitettyä sivuseinämää siirtävät tavallisten leikkausvoimien lisäksi myös puristus- ja vetovoimia ylä- ja alareunoja pitkin laippojen puuttuessa.

:..,: 25 Rakenteeseen sisältyvät terästangot käyttäytyvät samoin puristus- ja vetovoimien suhteen. Yleensä voimat siirtyvät lyhyintä mutta myös jäykintä :,: i tietä. Tässä nyt voimat siirtyvät pilareihin sekä suoraan tankojen kautta että * *» ’...: mutkikkaasti kaksoissivuseinämien reunoja pitkin.

i I I • · • » *.» » ’:'1 ί 30 Julkaisun kuvaamassa toisessa toteutuksessa voimat siirtyvät kyllä suoraan pilareihin rakenteeseen sisältyvien teräslevyjen kautta mutta rakenteen : ‘ oma paino kaksinkertaistuu, jolloin rakenteeseen jää tehotonta materiaalia.

» · 116576 3

Rakenteesta aiheutuu myös ylimääräistä hitsaustyötä. Rakenteeseen on tehtävä myös erikseen läpiviennit johdotuksille, yms. Rakenteen korkeus-leveyssuhde on tehoton vaakatasorakenteen tapauksessa. Laatikkoraken-netta ei pystytä tekemään yhdestä levykappaleesta.

5

Saksalainen julkaisu DE2745321 sisältää kolmioelementeistä koostuvan rakenteen, joka pilarivaakatasojärjestelmään sovellettuna, monisuuntaisen järjestelmän aikaansaamiseksi johtaa tiheästi asettuviin kaksoisseinäraken-teisiin, ja vastaavasti materiaalihukkaan. Rakenne ei sovellu välipohjara-10 kenteeksi.

Käsillä olevan keksinnön tavoitteena on hyödyntää laatikkorakenteen valmistusteknisiä sekä käyttöteknisiä etuja ja aikaansaada arinapalkisto, joka omaa hyvät, vinoarinarakenteen ja trapetsipalkin jäykkyysominai-15 suudet oleellisesti kaikissa suunnissa. Tämä on aikaansaatavissa arina- palkistolla, jonka oleelliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Kyseisellä ratkaisulla on aikaansaatavissa vinoarina, joka tosiasiallisesti :...; 20 koostuu toisensa risteävistä palkeista, joissa on vaakasuuntaiset laipat sekä laippoja yhdistävä pystysuora uuma. Uuma kulkee polveilevasti laip-: · ' pojen välillä siirtyen laippojen toisesta reunasta vastakkaiselle reunalle laatikkoelementtien yhteenliitettyjä seinämien osilla. Näin muodostuva • · » ;. ’: arinarakenne on erittäin taivutusjäykkä kaikissa suunnissa.

25 . . Tarkemmin sanottuna: toisaalta pystysuuntainen neutraalitason muut- ‘! .V tuminen trapetsimaiseksi neutraalipinnaksi vähentää laatikoiden sivu- seinämien nurjahdus- ja kiepahdusriskiä, toisaalta taas vinoarinarakenteen taivutusjäykkyys paranee suora-arinaan verrattuna, koska risteävät palkit • ‘ 30 seuraavat paremmin kuormitetun yksinkertaisesti tuetun laatan jännitys- .,.: käyriä, t.s. palkit ovat karkeasti siinä missä niitä tarvitaan.

116576 4

Ei mikään kuitenkaan estä käyttämästä tarvittaessa k.o. arinarakennetta suora-arinana.

Keksintöä selvitetään yksityiskohtaisemmin oheisen piirustuskuvan avulla, 5 missä

Kuva 1 esittää erästä 8-kulmaista peruselementtiä keksinnön mukaisen arinapalkiston aikaansaamiseksi, 10 Kuva 2 esittää kuvan 1 mukaisista peruselementeistä aikaansaatua arinapalkistoa kohtisuorasti sen tasoa vastaan nähtynä, ja

Kuva 3 esittää keksinnön mukaisen arinapalkistoa, joka on muodostettu yksinkertaisimmasta, 6-kulmaisesta peruselementistä, 15

Kuva 4 esittää keksinnön mukaista arinapalkistoa, joka on aikaansaatavissa useampikulmaisista peruselementeistä.

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisen arinapalkiston eräs perus- 20 elementti, laatikkoelementti 2. Tämä laatikkoelementti koostuu laatikosta, *:· jota rajaavat pystyseinät 4 ja 5. Seiniä on kaikkiaan 8, eli laatikon poik- I kileikkaus on 8-kulmio. Ristikkäin diagonaalisesti vastakkain olevat seinät 4, % vastaavasti 5, ovat keskenään saman levyiset, ja kuvassa esitetyssä toteu- • · ·.*·: tusmuodossa siten, että seinät 4 ovat kapeampia kuin seinät 5. Tämän > * # 25 lisäksi on laatikkoelementissä kehälaipat 3' ja 3", jotka suuntautuvat vaakatasoissa vastaavasta seinästä laatikon kansipinnalle, vastaavasti pohja- • · i pinnalle. Laippojen ulottuma näille pinnoille on rajattu vastaavan seinämän '* · suuntaisella rajauksella. Laippojen ulottuma “a” on mitoitettu siten, että :,,, ·’ mitta a on vähintään sama kuin sivun 4 kohtisuora ulottuma sivusta 5.

·’ 30 Laatikon pohjapinnalle ulkonevat laipat 3" on mitoitettu yhteneväisesti 1 " j kansipinnalle ulkonevien laippojen 3' kanssa.

116576 5 Näitä laatikkoelementtejä liitetään kyljittäin toisiinsa lyhyemmät seinät 4 vastakkain, jolloin laatikoista muodostuu arinapalkisto, kuviossa 2 esitetyllä tavalla. Nämä vastakkain liitetyt lyhyet pystyseinät muodostavat trapetsi-palkin uumassa pystytuet, jotka ovat pituudeltaan ja suunnaltaan sellaisia, 5 että niiden epämuodostuminen on erittäin vaikeata.

Arinarakenne muodostetaan leveydeltään modulimitoitetuksi elementtirakenteeksi edullisesti siten, että elementtiin liitetään kaksi laatikkoa 2 rinnakkain. Pituussuunnassa elementtiin liitetään rinnakkaisia laatikoita 10 tavoitellun elementtipituuden mukaisesti. Elementin modulileveys (mitta W kuvassa 2) voi olla esimerkiksi 3,0 m ja pituus 12 m (mitta L kuvassa 2), mikä edellyttää laatikoilta mittaa 1,5 x 1,5 m.

Kuvassa 2 on hahmoteltu keksinnön mukaista arinaa, joka on muodostettu 15 kyljittäin yhteen liitetyistä laatikkoelementeistä 2, joista vain osa on esitetty piirustuskuvassa. Kuvan 1 mukaiset laatikkoelementit on liitetty toisiinsa kapeammat seinät 4 vastakkain, jolloin leveämmät seinät 5 rajaavat laatikkojen väliin jäävät arina-aukot 7. Laatikkoelementti 2 keskelle laippojen 3' rajaamat aukot on kuviossa 2 merkitty viitenumerolla 8.

20 ,,. Γ Kuvaan 2 on hahmoteltu myös katkoviivalla laippojen 3' (ja vastaavasti : .·’ alapuolisten laippojen 3") muodostama palkki 12, jonka kanssa ristikkäinen, ‘ · vastaavan rakenteen omaava palkki 13 on vastaavasti hahmoteltu kaksois- » · katkoviivoilla. Näiden palkkien jatkuva uuma muodostuu vuorotellen pol-'·*' 25 veilevasti ensimmäisen laatikkoelementin 2 pystyseinästä 5, kahdesta vastakkain olevasta pystyseinästä 4, joista toinen seinä kuuluu ensimmäi- ;,: seen laatikkoelementtiin ja toinen tämän kanssa kulmittain olevaan toiseen ; laatikkoelementtiin, edelleen toisen laatikkoelementin pystyseinästä 5, : kahdesta vastakkaisesta pystyseinästä 4, jne. Taivutusjäykkyyden arina- ‘ 30 palkistolle antaa ensinnäkin muodostuva vinoarinarakenne sekä toisaalta polveilevasti edelläkuvatulla tavalla kulkeva palkkiuuma.

116576 6

Kuvassa 2 on esitetty myös pilarin 9 kiinnittyminen arinarakenteeseen.

Tässä voidaan käyttää monia erilaisia, alan ammattimiehelle ilmeisiä ratkaisuja.

5 Tässä esimerkissä pilariin 9 liitetään diagonaalikannattajat 10, joihin taas liitetään laatikoihin sisäänrakennetut osatasoristikot 11, jotka muodostavat sekä tasoristikon eli palkin pilarien välissä että ulokepalkin pilareista dia-gonaalisesti poispäin. Diagonaalikannattajat 10 on aikaansaatu laatikon sisätilan korkuisina l-palkkeina, jotka on kiinnitetty sopivalla tavalla laatik-10 korakenteeseen sekä pilariin. Osatasoristikot 11 puolestaan aikaansaadaan sauvarakenteina, jotka kulkevat laatikoiden diagonaalitasossa.

Kuvassa 3 on esitetty keksinnön mukainen vaihtoehtoinen arinapalkisto-rakenne, joka muodostuu muutoin vastaavanlaisista laatikkoelementeistä 15 kuin mitä kuvassa 1 on esitetty, mutta elementtien poikkileikkaus on 6-kulmio. Tämä poikkileikkausmuoto on yksinkertaisin, josta keksinnön mukainen arinapalkisto on koostettavissa. Kuvassa esitetyssä toteutus-muodossa on laatikkoelementin vastakkaiset seinät 34, 34'; 35, 35'; 36, 36' ovat eri pituiset, kuitenkin siten että kaikki lyhyemmät seinät 34, 35, 36 ovat 20 keskenään saman pituiset, ja vastaavasti kaikki pidemmät seinät 34', 35', 36' ovat keskenään saman pituiset. Tässä rakenteessa muodostuu laatik-- ·’ koelementtien keskiaukko 38 kolmiomuotoiseksi.

IMU • · • » ·

Kuvassa 4 on esitetty vielä eräs keksinnön arinapalkiston toteutusmuoto, • · 25 missä laatikkoelementit ovat poikkileikkaukseltaan 12- kulmioita.

• I

» » » ’;I. * Kaikissa edelläkuvatuissa arinapalkistoissa yhteenliitettyjen laatikkoele- » · I · menttien pystyseinät sekä niihin liittyvät laipat muodostavat risteävän '·' * trapetsipalkiston.

:·; 30 ,: Kuvissa 2, ja 4 hahmoteltu arinapalkisto voi toimia sellaisenaan raken- . .: nuksen kantavana vaakarakenteena, jonka päälle voidaan asentaa esi- 116576 7 merkiksi lattia niveltyvänä rakenteena. Vastaavasti voi arina koostua laatik-koelementeistä, jonka pintaan kiinnitetään sopiva verhouslevytys.

Kuvissa 2, 3 ja 4 hahmoteltu arinapalkisto sopii lisäksi katteeksi katettuja 5 sisä- ja ulkotiloja varten, jonka päälle asennetaan lasi. Onko lasi sitten osittain myös rakenteellinen, riippuu siitä millaisilla ehdoilla sitä asennetaan.

Keksinnön mukainen arinapalkisto on osoittautunut erityisen käyttökelpoiseksi myös liittorakenteissa, joissa osaksi kantavaa rakennetta on yhdis-10 tetty arinapalkistoon kiinteästi liitetty laattarakenne. Tämä laatta voi olla arinan ylä- ja/tai alapuolella käyttökohteesta riippuen. Rakenteen vastakkaisella puolella voi sensijaan olla ääni-ja lämpöeristävä katelaatoitus, joka ei ole osallinen kuormaa kantavassa rakenteessa.

15 Arinapalkistoon liitetty tasorakenne voi olla betonilaatta, elementtinä taikka paikalla valettuna, jäykästi tai niveltyvästi kiinnitettynä. Jäykästi kiinnitettynä voi olla esimerkiksi vaarnoitettu liittolaatta tai -palkisto, laatikkoarinoihin sovellettuna, sekä myös laatikkoelementteihin kiinnitetty elementti, esimerkiksi kitkapultin avulla.

O 20 ..!: ’ Tasorakenne voi koostua myös laatikkoelementtien ylä- ja/tai alapaarteisiin ·’ jäykästi tai niveltyvästi kiinnitetyistä laatoista, levyistä, sandwich-paneleista ' * tai vastaavista, joiden materiaali on sama ja/tai eri kuin arinarakenteen.

• « • · · * ♦ * • » • · · • · ’*··* 25 Laatikkoelementit 2, 32, 42 valmistetaan sopivasti metallilevyä taivuttamal- . . la yhdestä levykappaleesta ja yhdistämällä kappaleen päät jollakin tunne-

• · · t f I

*:;. * tulla tavalla, tai useammista kappaleista laserleikkausta ja -hitsausta käyttäen. Samaten reiät voidaan valmistaa laserleikkauksella, muulla leik-' * kaustekniikalla tai lävistää mekaanisesti. Itse laatikkoelementti ei aseta vaa- 30 timuksia valmistustekniikalle.

8 116576

Laatikkoelementtien liittämiseksi kyljittäin toisiinsa käytetään samoin alalla tunnettuja, kulloisenkin käyttötarkoitukseen sopivaa kiinnitystä, esimerkiksi ruuvi- tai pulttikiinnitystä.

5 Kuten kuviossa 1 on esitetty, voidaan laatikkoelementtien seinämiä, edullisesti vapaaksi jääviä seiniä 5 keventää aukkorakenteilla, jotka muotoillaan ja mitoitetaan kulloisenkin rakenteen mukaisesti. Nämä aukot muodostavat samalla sopivia kanavia putkituksia ja sähköjohdotuksia varten.

10 Laatikkoelementtien seinämät voivat olla kaikki aukollisia tai umpinaisia, tai osa niistä aukollisia, jne.

• « • · *

« · M

• f · «Il • « • · • · * · • · · • · · • · • · # • · t |

* · I

• I

I I I

» » ·

* · f I

» t > » * < ·

I I

»

Claims (4)

116576

1. Arinapalkisto, joka koostuu pystyseinäisistä kyljittäin toisiinsa liitetyistä 5 särmiömuotoisista elementeistä (2, 32, 42), jotka ovat poikkileikkaukseltaan vähintään 6-kulmioita, ja joiden vastakkaiset pystyseinät (4-4, 5-5, 34-34', 35-35' 36-36', 44-44, 45-45), joilla on tietty pituus, ovat yhdensuuntaiset, jotka elementit ovat liitetyt toisiinsa kaksi lyhyintä pystyseinää (4, 34, 35, 36, 44) vastakkain, tunnettu siitä, että kaikki pystyseinät ovat varustetut 10 oleellisesti ylä-, vastaavasti alareunastaan särmiön keskiosaan suuntautuvilla oleellisesti vaakasuuntaisilla, keskenään yhteenliitetyillä laipoilla (3‘, 3", 33', 33", 43',43"), jolloin avonaisen särmiön sivuseinämät muodostavat risteävien trapetsipalkkien (12,13) uumat ja särmiön laipat muodostavat niiden ylä-, vastaavasti alalaipat. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen arinapalkisto, tunnettu siitä, että laipat ulkonevat kustakin seinästä saman matkan (a), ja että ulkonema on vähintään lyhyimmän seinän (4, 34, 35, 36, 44) kohtisuora ulkonema viereisestä seinästä (5, 34', 35', 36', 45). •\ 20

...3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen arinapalkisto, tunnettu siitä, että i .: särmiöelementtien vastakkaiset pystyseinät (34-34', 35-35', 36-36') ovat eri * ' pituiset, mutta niiden vierekkäiset pystyseinät [34:(35’,36’); 35:(34’,36’); • * ¥ 36:(34’,35’)] ovat keskenään samanpituiset. :·*·: 25

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen arinapalkisto, tunnettu siitä, että ;. *’ särmiöelementtien vastakkaiset pystyseinät (4-4, 5-5, 44-44, 45-45) ovat saman pituiset ja niiden vierekkäiset [4: (5,5); 5:(4,4); 44:(45,45); ’ 45:(44,44)] pystyseinät ovat keskenään samanpituiset. 30 116576