PL248677B1

PL248677B1 - Kompozytowo‐szklany dwuteownik konstrukcyjny

Info

Publication number: PL248677B1
Application number: PL449580A
Authority: PL
Inventors: Izabela Major; Maciej Major; Jarosław Kalinowski; Mariusz Kosiń
Original assignee: Politechnika Częstochowska
Priority date: 2024-08-25
Filing date: 2024-08-25
Publication date: 2026-01-12
Also published as: PL449580A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest kompozytowo-szklany dwuteownik konstrukcyjny, który złożony jest z dwóch elementów chwytnych stalowych, pomiędzy którymi znajduje się element szklany. Kompozytowo—szklany dwuteownik konstrukcyjny może być wykorzystany jako belka do realizacji stropów zespolonych. Części z betonu polimerowego oraz szkła hartowanego, które dobrze prezentuje się jako element architektoniczny przejmują naprężenia ściskające, a części stalowe naprężenia rozciągające. W efekcie całość tworzy element zapewniając wysokie parametry wytrzymałościowe. Kompozytowo-szklany dwuteownik konstrukcyjny znamienny tym, że ma element szklany (1), łącznik (2), element stalowy (3) oraz szynę stalową (4).

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowo-szklany dwuteownik konstrukcyjny, który złożony jest z dwóch elementów chwytnych stalowych, pomiędzy którymi znajduje się element szklany. Kompozytowo-szklany dwuteownik konstrukcyjny może być wykorzystany jako belka do realizacji stropów zespolonych. Części z betonu polimerowego oraz szkła hartowanego, które dobrze prezentuje się jako element architektoniczny przejmują naprężenia ściskające, a części stalowe naprężenia rozciągające. W efekcie całość tworzy element zapewniając wysokie parametry wytrzymałościowe.

STAN TECHNIKI

W budownictwie występuje potrzeba zagospodarowania światła słonecznego, dzięki czemu oszczędza się na doświetlaniu pomieszczeń. Elementy belkowe mogą służyć m. in. jako podparcie dla elementów stropowych. Znane są z praktyki oraz opisów w literaturze profile o zróżnicowanych formach przekroju poprzecznego jak i użytych materiałów do ich wykonania.

Ze zgłoszenia PCT WO2000023265A2 znana jest płyta z materiału kompozytowego zawierająca elementy ze szkła i termoplastycznego polimeru przylegającego do szkła. Szkło jest hartowane, a płyta jest złożona z przylegających do siebie i co najmniej częściowo zachodzących na siebie i połączonych cementem elementów, z których każdy składa się co najmniej z hartowanego szkła i termoplastycznego polimeru przylegającego do szkła. Szkło jest hartowane do co najmniej dwukrotnej wytrzymałości szkła niehartowanego i do co najwyżej 50% maksymalnej wytrzymałości szkła hartowanego.

Z francuskiego zgłoszenia patentowego FR2905959A1 znany jest sposób mechanicznego ściskania wyrobów szklanych stosowanych jako elementy konstrukcji w celu utworzenia głównych konstrukcji nośnych i układów konstrukcyjnych mających zastosowanie w konstrukcjach przeznaczonych do przenoszenia obciążeń eksploatacyjnych lub naprężeń zewnętrznych. Wytworzone w ten sposób układy konstrukcyjne stanowią elementy konstrukcji przenoszących wyroby szklane poddane ściskaniu i wykorzystują maksymalną wytrzymałość mechaniczną szkła, układy te nie są stosowane w obecnym budownictwie i charakteryzują obszar zastosowania wynalazku.

Z polskiego opisu patentowego PL235869B1 znany jest korpus urządzenia technicznego, zawierający stalowy szkielet wypełniony mieszanką żywicy z wypełnieniem mineralnym, charakteryzuje się tym, że stalowy szkielet nośny stanowią zamknięte profile główne i poprzeczne, a tłumiącą mieszankę stanowi żywica epoksydowa lub poliestrowa z utwardzaczem oraz wypełnienia mineralne. Żywica epoksydowa lub poliestrowa ma gęstość w zakresie 1-1,2 g/cm³, lepkość w zakresie 200-1500 mPas w temperaturze 25°C, wytrzymałość na naprężenia zrywające 40-80 MPa, wytrzymałość na zgnanie w zakresie 80-120 MPa, twardość metodą wciskania kulki w zakresie 100-140 MPa i zawiera utwardzacz (w ilości zalecanej przez producenta). Tłumiąca mieszanka zawiera 12-20% wagowy żywicy epoksydowej lub poliestrowej z utwardzaczem. Wypełnienie mineralne składa się z 1-4% wagowy frakcji pylistej, 1-25% wagowy frakcji o wielkości 0-2 mm, 10-30% wagowy frakcji o wielkości 2-8 mm, 30-70% wagowy frakcji o wielkości 8-16 mm z popiołu lotnego, piasku kwarcowego i żwiru.

Dotychczasowe rozwiązania nie pozwalają wyeksponowania w częściach otwartych obiektu jako element dekoracyjny.

UJAWNIENIE WYNALAZKU

Problemem technicznym rozwiązywanym przez wynalazek jest transparentność konstrukcji poprzez odpowiednie wykorzystanie parametrów wytrzymałościowych materiałów użytych do jej wykonania.

W świetle opisanego stanu techniki celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie wskazanych niedogodności i dostarczenie elementu architektonicznego mogącego przenosić wysokie naprężenia ściskające.

Kompozytowo-szklany dwuteownik konstrukcyjny według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma element szklany, łącznik, element stalowy oraz szynę stalową, przy czym szklany element ma wymiar grubość a, wysokość h oraz szerokość I, i zbudowany jest z co najmniej dwóch szkieł hartowanych o grubości a1 w zakresie od 4 do 19 mm, w których znajdują się otwory montażowe o średnicy d i odsunięte są od krawędzi o wymiar b i d, natomiast rozstaw otworów wynosi c, a w dolnej części szklanych płyt naklejona jest od strony zewnętrznej taśma z włókna węglowego o wysokości h1, natomiast stalowy łącznik ma kształt ceownika, którego szerokość wewnętrzna odpowiada grubości elementu szklanego a, ponadto łącznik ma grubość g, która jest w przedziale od 1/10 do 1/3 a, natomiast wysokość f odpowiada wymiarowi a, przy czym w łączniku są otwory łącznika, które odpowiadają rozmieszczeniu otworów montażowych elementu szklanego, natomiast element stalowy składa się z dwóch kątowników umieszczonych względem siebie symetrycznie i połączonych płaskownikiem, przy czym kątownik i płaskownik łączą element szklany, a wymiar i stanowi rozwarcie elementu stalowego i odpowiada wymiarowi a elementu szklanego, natomiast szerokość j dolnego ramienia kątownika stanowi 0,7 j, wysokość k natomiast jest równa szerokości j, przy czym grubość m odpowiada grubości g, dolnej części zamykającej łącznik, przy czym płaskownik oparty jest na szklanych płytach, jego szerokość dopasowana jest do wewnętrznej części utworzonej przez kątowniki, natomiast grubość płaskownika n jest równa ¹Z m, a na ściankach kątownika rozmieszczone są otwory i średnicy i rozstawie wynikającym z rozstawu otworów montażowych, znajdujących się na szklanych płytach, przy czym przestrzeń utworzona przez element stalowy oraz elementy szklane jest wypełniona klejem syntetycznym, natomiast szyna stalowa składa się z ceownika, bolca, stalowych wąsów i betonu polimerowego, przy czym ceownik wykonany jest z kształtownika ceowego o wymiarach środnika o = ¹Z h-2 m, grubości p = m oraz wysokość ceownika r = ¹Z j, przy czym na środniku ceownika rozmieszczone są w jednakowych odstępach t stalowe bolce o wysokości u i średnicy d, która jest nie większa niż 3 m, natomiast odległość u od środka ceownika do krawędzi ceowego kształtownika nie powinna być mniejsza niż 20 mm, natomiast po bokach rozmieszczone są stalowe wąsy.

Zaletą zastosowanego rozwiązania jest przenoszenie dużych obciążeń oraz ekonomika wykonania.

KRÓTKI OPIS FIGUR RYSUNKU

Dla lepszego zrozumienia wynalazku, został on zilustrowany w przykładach wykonania oraz na załączonych figurach rysunku, na których:

Fig. 1 - przedstawia widok kompozytowo-szklanego dwuteownika konstrukcyjnego;

Fig. 2 - przedstawia widok elementu szklanego;

Fig. 3 - przedstawia widok mocowanie elementu szklanego w łączniku z taśmą;

Fig. 4 - przedstawia widok łącznika;

Fig. 5 - przedstawia widok elementu stalowego;

Fig. 6 - przedstawia widok mocowanie elementu stalowego, łącznika oraz elementu szklanego;

Fig. 7 - przedstawia widok szyny stalowej montowanej w elemencie stalowym;

Fig. 8 - przedstawia widok montowanie kompozytowo-szklanego dwuteownika konstrukcyjnego;

Fig. 9 - przedstawia widok szyny stalowej.

Kompozytowo-szklany dwuteownik konstrukcyjny na przedstawionych załączonych figurach jest jedynie ukazana jako poglądowa, natomiast ostateczny kształt wraz z wymiarami poszczególnych elementów zależny jest od zastosowania.

SPOSOBY WYKONANIA WYNALAZKU

Poniższe przykłady ilustrują wynalazek, nie ograniczając go w żaden sposób.

Przykład 1. KOMPOZYTOWO-SZKLANY DWUTEOWNIK KONSTRUKCYJNY

Na rysunku fig. 1 przedstawiono kompozytowo-szklany dwuteownik konstrukcyjny, który zbudowany jest z czterech różnorodnych elementu szklanego 1, łącznika 2, elementu stalowego 3 i szyny stalowej 4, które po scaleniu tworzą jedną całość.

Elementem nakreślającym wymiary innych jest szklany element 1, który przedstawiono na rysunku fig. 2. Główne wymiary a, h i I elementu szklanego 1 wynikają z założeń projektowych. Element szklany 1 tworzą szklane płyty 5 wykonane ze szkła hartowanego o grubości a1. Grubość a1 dobierana jest z zakresu 4 + 19 mm i zależy od założeń projektowych. W szklanych płytach znajdują się otwory montażowe 6 o średnicy d odpowiadającej najmniejszemu wymiarowi a1, których zadaniem jest za pomocą stalowych łączników połączenie elementów wynalazku tj. łącznika 2 i elementu stalowego 3. Otwory montażowe 6 osunięte są od krawędzi o wymiar b i d równe wymiarowi a. Rozstaw c otworów nie powinien być większy niż 3a.

Dodatkowo w dolnej części szklanych płyt 5 naklejona jest od strony zewnętrznej i nimi taśma 7 z włókna węglowego, co zostało przedstawione na rysunku fig. 3. Zadaniem taśmy jest zwiększenie wytrzymałości w strefie rozciąganej. Wysokość h1 taśmy dobrana jest względem wysokości elementów łącznika 2.

Stalowy łącznik 2 w kształcie ceownika stanowi dolne zamknięcie, którego wymiar e dobrany jest względem wymiaru a elementu szklanego 1 co można zaobserwować na rysunku fig. 1 oraz fig. 2.

Grubość g łącznika 2 wynika z 1/8 wymiaru a, natomiast wysokość f odpowiada sumie wymiarów a i 2 g. Na długości znajdują się otwory łącznika 8 rozmieszczone zgodnie z otworami płyty 6 szklanych płyt 5.

Element stalowy 3 składa się z dwóch kątowników 9 umieszczonych względem siebie symetrycznie i połączonych płaskownikiem 10, co zostało przedstawione na rysunku fig. 5. Kątownik 9 i płaskownik 10 połączone są ze sobą w ten sposób aby umożliwić zamknięcie od góry szklanych płyt 5, co można zaobserwować na rysunku fig. 1. Wymiar i jest wypadkową szerokości elementu szklanego 1. Szerokość j dolnego ramienia kątownika 9 stanowi 0,7 j, a wysokość k równa jest podwójnej szerokości j. Grubość m kątownika 9 odpowiada grubości g dolnej części zamykającej łącznika 2. Płaskownik 10 oparty jest na szklanych płytach 5, a jego wymiary są do wewnętrznych wymiarów utworzonych z symetrycznie rozmieszczonych kątowników 9. Grubość płaskownika n równa jest ¹Z m. Na pionowych ściankach kątownika 9 rozmieszczone są otwory o średnicy i rozstawie wynikającym z otworów znajdujących się na szklanych płytach 5.

Poprzez nałożenie elementu stalowego 3 na element szklany 1 tworzą komory, które wypełnione są klejem syntetycznym 12, co pokazano na rysunku fig. 6.

Ostatnim elementem wynalazku jest szyna stalowa 4 do zespolenia kompozytowo-szklanego dwuteownika konstrukcyjnego z monolityczną płytą stropową. Szyna stalowa 4 składa się z materiałów ceownik 13, bolec 14, stalowe wąsy 15 i betonu polimerowego 16, którego zadaniem jest trwałe połączenie z elementami szklanego 1, łącznika 2 i elementu stalowego 3, co przedstawiono na rysunkach fig. 7 oraz fig. 8.

Ceownik 13 wykonany jest z kształtownika ceowego o wymiarach środnika o = ¹Z h - 2 m, grubości p = m i wysokość ceownika r = ¹Z j, co pokazano na rysunku fig. 9. Na środniku ceownika 13 rozmieszczone są w jednakowych odstępach t stalowe bolce 14 o wysokości u i średnicy d, których wymiary zależą od założeń projektowych, co można dostrzec na rysunku fig. 9. Średnica d powinna być nie większa niż 3 m. Natomiast odległość u od środka ceownika do krawędzi ceowego kształtownika nie powinna być mniejsza niż 20 mm. Na bocznej części (półkach) na środku rozmieszczone są stalowe wąsy 15, których celem jest lepsze zespolenie.

WYKAZ OZNACZEŃ:

1. - Element szklany;

2. - Łącznik;

3. - Element stalowy;

4. - Szyna stalowa;

5. - Szklane płyty;

6. - Otwory płyty;

7. - Taśma;

8. - Otwory łącznika;

9. - Kątownik;

10. - Płaskownik;

11. - Otwory kątownika;

12. - Klej syntetyczny;

13. - Ceownik;

14. - Bolec;

15. - Stalowe wąsy;

16. - Beton polimerowy;

a - Grubość elementu szklanego;

a1 Grubość pojedynczego elementu szklanego;

b - Odstęp od krawędzi otworu w elemencie szklanym;

c - Odstęp pomiędzy otworami w elemencie szklanym;

d - Odstęp od góry otworów w elemencie szklanym;

e - Szerokość łącznika;

f - Wysokość łącznika;

g - Grubość ścianki łącznika;

h - Wysokość elementu szklanego;

hi - Wysokość taśmy;

i - Rozwarcie elementu stalowego;

j - Szerokość elementu stalowego;

k - Wysokość elementu stalowego;

l - Szerokość elementu szklanego;

m - Grubość elementu stalowego;

n - Grubość płaskownika;

o - Wymiarach środnika;

p - Grubość ceownika;

r - Wysokość ceownika;

s - Odstęp pomiędzy bolcami;

t - Odstępy;

u - Odległość od środka cewnika.

Claims

1. Kompozytowo-szklany dwuteownik konstrukcyjny znamienny tym, że ma element szklany (1), łącznik (2), element stalowy (3) oraz szynę stalową (4), przy czym szklany element ma wymiar grubość a, wysokość h oraz szerokość I, i zbudowany jest z co najmniej dwóch szkieł hartowanych o grubości a1 w zakresie od 4 do 19 mm, w których znajdują się otwory montażowe (6) o średnicy d i odsunięte są od krawędzi o wymiar b i d, natomiast rozstaw otworów wynosi c, a w dolnej części szklanych płyt (5) naklejona jest od strony zewnętrznej taśma (7) z włókna węglowego o wysokości hi, natomiast stalowy łącznik (2) ma kształt ceownika, którego szerokość wewnętrzna odpowiada grubości elementu szklanego a, ponadto łącznik (2) ma grubość g, która jest w przedziale od 1/10 do 1/3 a, natomiast wysokość f odpowiada wymiarowi a, przy czym w łączniku (2) są otwory łącznika (8), które odpowiadają rozmieszczeniu otworów montażowych (6) elementu szklanego (1), natomiast element stalowy (3) składa się z dwóch kątowników (9) umieszczonych względem siebie symetrycznie i połączonych płaskownikiem (10), przy czym kątownik (9) i płaskownik (10) łączą element szklany (1), a wymiar i stanowi rozwarcie elementu stalowego (3) i odpowiada wymiarowi a elementu szklanego (1), natomiast szerokość j dolnego ramienia kątownika (9) stanowi 0,7 j, wysokość k natomiast jest równa szerokości j, przy czym grubość m odpowiada grubości g, dolnej części zamykającej łącznik (2), przy czym płaskownik oparty jest na szklanych płytach (5), jego szerokość dopasowana jest do wewnętrznej części utworzonej przez kątowniki (9), natomiast grubość płaskownika n jest równa ¹Z m, a na ściankach kątownika (9) rozmieszczone są otwory i średnicy i rozstawie wynikającym z rozstawu otworów montażowych (6), znajdujących się na szklanych płytach (5), przy czym przestrzeń utworzona przez element stalowy (3) oraz elementy szklane (1) jest wypełniona klejem syntetycznym (12), natomiast szyna stalowa (4) składa się z ceownika (13), bolca (14), stalowych wąsów (15) i betonu polimerowego (16), przy czym ceownik (13) wykonany jest z kształtownika ceowego o wymiarach środnika o = ¹Z - 2 m, grubości p = m oraz wysokość ceownika r = ¹Z j, przy czym na środniku ceownika (13) rozmieszczone są w jednakowych odstępach t stalowe bolce (14) o wysokości u i średnicy d, która jest nie większa niż 3 m, natomiast odległość u od środka ceownika do krawędzi ceowego kształtownika nie powinna być mniejsza niż 20 mm, natomiast po bokach rozmieszczone są stalowe wąsy (15).