RU2592882C1

RU2592882C1 - Building block

Info

Publication number: RU2592882C1
Application number: RU2015118211/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Белоглазов; Владимир Лазаревич Чернявский; Гаяне Ашотовна Искандарян; Татьяна Евгеньевна Чернявская
Original assignee: Александр Павлович Белоглазов; Владимир Лазаревич Чернявский; Гаяне Ашотовна Искандарян; Татьяна Евгеньевна Чернявская
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-07-27

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to building structures and can be used for making building blocks, which can be used for increasing earthquake resistance of buildings and structures. Building block comprises a frame in form of a spatial array, which is a cellular structure of, crossing at an angle, two parallel rows of flat elements made in form of a single structure by multiple alternate application of layers of carbon threads at first along direction of one, and then along direction of other of two parallel rows of flat elements with fixing of layers of carbon threads together by an epoxy adhesive.

EFFECT: higher strength and reliability of building block, as well as reducing its weight characteristics.

9 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано для создания строительных блоков, которые могут быть применены для увеличения сейсмостойкости зданий и сооружений.The invention relates to building structures and can be used to create building blocks that can be used to increase the earthquake resistance of buildings and structures.

Известно устройство [RU 143391 Ul, B65D 19/00, 20.07.2014], содержащее ячеистое несущее основание с рядами полых опор в виде ножек, причем опоры в рядах жестко связаны между собой посредством продольных и поперечных стяжек, выполненных в виде ячеистых структур, образованных сквозными пазами, при этом часть ячеек несущего основания образована диагонально расположенными перегородками и/или ребрами жесткости.A device is known [RU 143391 Ul, B65D 19/00, 07/20/2014], containing a cellular support base with rows of hollow supports in the form of legs, and the supports in the rows are rigidly interconnected by means of longitudinal and transverse ties made in the form of cellular structures formed through grooves, while part of the cells of the bearing base is formed by diagonally located partitions and / or stiffeners.

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно не может быть использовано для уменьшения влияния сейсмовоздействий на здания и сооружения.The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality due to the fact that it cannot be used to reduce the effect of seismic effects on buildings and structures.

Известно также техническое решение, касающееся построения сейсмостойких зданий и сооружений [SU 1828673 A3, Е04Н 9/02, 1327.05.1995], в которое входят конструкции этажей в виде соединенных между собой жестких перекрытий и наружных и внутренних стен, которые выполнены из полых тонкостенных профилей и которые оперты на гибкие в горизонтальном направлении стойки, а также амортизаторы, при этом одна часть амортизаторов выполнена гидравлической и размещена между стойками и конструкциями этажей с обеспечением перемещений последних в вертикальном и горизонтальном направлениях, а другая часть амортизаторов выполнена в виде гофрированной оболочки, размещенной вокруг каждой колонны и соединенной с ней и с панелями стен.There is also a technical solution regarding the construction of earthquake-resistant buildings and structures [SU 1828673 A3, Е04Н 9/02, 1327.05.1995], which includes floor structures in the form of interconnected rigid floors and external and internal walls, which are made of hollow thin-walled profiles and which are supported on horizontally flexible racks, as well as shock absorbers, while one part of the shock absorbers is made hydraulic and placed between the racks and floor structures with the latter moving vertically and horizontally directions, and the other part of the shock absorbers is made in the form of a corrugated shell placed around each column and connected to it and to the wall panels.

Недостатком этого технического решения является относительно высокая сложность, обусловленная необходимостью использования амортизаторов.The disadvantage of this technical solution is the relatively high complexity due to the need to use shock absorbers.

Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является строительная конструкция [RU 2036287, C1 Е04С 2/34, 27.05.1995], содержащая, по крайней мере, две тонкостенные оболочки с эквидистантными поверхностями и заполнитель с малыми плотностью и теплопроводностью, размещенный между оболочками и соединенный с ними с образованием теплового экрана и каналов для теплоносителя, причем заполнитель выполнен из проволочного многоэлементного каркаса в виде пространственной решетки с высотой, равной расстоянию между эквидистантными оболочками, ячейки которой образованы боковыми ребрами правильных пирамид, соединенных сваркой с тонкостенными оболочками в местах контактирования вершин пирамид.The closest in technical essence to the proposed utility model is a building structure [RU 2036287, C1 Е04С 2/34, 05/27/1995], containing at least two thin-walled shells with equidistant surfaces and a filler with low density and thermal conductivity, located between the shells and connected with them with the formation of a heat shield and channels for the coolant, moreover, the filler is made of a multi-element wire frame in the form of a spatial lattice with a height equal to the distance between equidistant by bolts, the cells of which are formed by the side edges of the regular pyramids, connected by welding with thin-walled shells at the points of contact of the pyramid vertices.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно высокие массовые характеристики конструкции, поскольку она выполнена из металла, и элементы которой соединяются сваркой, а также относительно низкие прочность и надежность, вызванные тем, что заполнитель выполнен из проволочного многоэлементного каркаса, соединенного сваркой с тонкостенными оболочками только в отдельных местах - в местах контактирования вершин элементов каркаса, т.е. с точечным контактированием.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively high mass characteristics of the structure, since it is made of metal, and the elements of which are connected by welding, as well as the relatively low strength and reliability caused by the fact that the filler is made of a multi-element wire frame connected by welding with thin-walled shells only in separate places - in the places of contacting the vertices of the frame elements, i.e. with point contact.

Задачей, которая решается в полезной модели, является создание строительного блока, который может быть использован для увеличения сейсмостойкости зданий и сооружений и отличается прочностью, надежностью и малым весом.The task, which is solved in a utility model, is to create a building block that can be used to increase the seismic resistance of buildings and structures and is characterized by strength, reliability and low weight.

Требуемый технический результат заключается в повышении прочности и надежности строительного блока, а также снижении его массо-весовых характеристик.The required technical result is to increase the strength and reliability of the building block, as well as reducing its mass-weight characteristics.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в строительном блоке, содержащем каркас в виде пространственной решетки, согласно изобретению, пространственная решетка представляет собой ячеистую структуру из пересекающихся под углом двух параллельных рядов плоских элементов, выполненных в виде единой конструкции путем многократного поочередного наложения слоев углеродных нитей вначале вдоль направления одного, а затем вдоль направления другого из двух параллельных рядов плоских элементов с закреплением слоев углеродных нитей между собой эпоксидным клеем.The problem is solved, and the desired technical result is achieved by the fact that in a building block containing a frame in the form of a spatial lattice, according to the invention, the spatial lattice is a cellular structure of two parallel rows of flat elements intersecting at an angle made in the form of a single structure by multiple alternating superposition of layers of carbon filaments first along the direction of one, and then along the direction of the other of two parallel rows of flat elements with fastening layers of carbon filaments with epoxy glue.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что параллельные ряды плоских элементов пересекаются друг с другом под прямым углом.In addition, the desired technical result is achieved by the fact that parallel rows of flat elements intersect with each other at right angles.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что каркас выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда.In addition, the desired technical result is achieved in that the frame is made in the form of a rectangular parallelepiped.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, по крайней мере, на одной боковой стороне каркаса закреплена оболочка из композитного материала.In addition, the desired technical result is achieved by the fact that at least on one side of the frame is fixed a shell made of composite material.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что оболочка выполнена прозрачной.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the shell is made transparent.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в ячейках пространственной решетки, образованных пересекающимися под углом двумя параллельными рядами плоских элементов, размещен утеплитель.In addition, the required technical result is achieved by the fact that a heater is placed in the cells of the spatial lattice formed by two parallel parallel rows of flat elements intersecting at an angle.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что углеродные нити выполнены в виде или сплетенных углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон, или углеродных лент.In addition, the desired technical result is achieved in that the carbon filaments are made in the form of either woven carbon filaments, or carbon fibers, or bundles of carbon fibers, or carbon tapes.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве композитного материала для оболочки используют углепластик.In addition, the required technical result is achieved in that carbon composite is used as a composite material for the shell.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве композитного материала для оболочки используют стеклопластик.In addition, the required technical result is achieved by the fact that fiberglass is used as a composite material for the shell.

На чертежах представлены:The drawings show:

на фиг. 1 - строительный блок (вариант выполнения, когда оболочка из композитного материала охватывает каркас по его меньшим боковым сторонам);in FIG. 1 - building block (embodiment, when a shell of composite material covers the frame along its smaller lateral sides);

на фиг. 2 - пример кладки строительных блоков для изготовления внутренних стен сейсмостойких зданий и сооружений;in FIG. 2 - an example of the laying of building blocks for the manufacture of internal walls of earthquake-resistant buildings and structures;

на фиг. 3 - пример готовой стены сейсмостойких зданий и сооружений с прозрачными тонкостенными оболочками, выполненными в виде двух тонких листов из композитного материала, соединенных эпоксидным клеем с большими боковыми сторонами каркаса, выполненного по форме прямоугольного параллелепипеда;in FIG. 3 is an example of a finished wall of earthquake-resistant buildings and structures with transparent thin-walled shells made in the form of two thin sheets of composite material connected by epoxy adhesive to the large sides of the frame, made in the shape of a rectangular parallelepiped;

на фиг. 4 - строительный блок в разобранном виде с оболочкой в виде двух тонких листов из композитного материала, предназначенных для закрепления на больших боковых сторонах каркаса, выполненного по форме прямоугольного параллелепипеда.in FIG. 4 - a disassembled building block with a shell in the form of two thin sheets of composite material, designed to be fixed on the large sides of the frame, made in the shape of a rectangular parallelepiped.

Строительный блок может быть выполнен в различных вариантах исполнения. В частности, он может содержать оболочку 1 из композитного материала, закрепленную на боковых сторонах каркаса 2, выполненного в виде пространственной решетки.The building block can be made in various versions. In particular, it may comprise a shell 1 made of a composite material fixed to the sides of the frame 2 made in the form of a spatial lattice.

Каркас 2, выполненный в виде пространственной решетки, представляет собой ячеистую структуру из пересекающихся под углом двух параллельных рядов 3, 4 плоских элементов, выполненных в виде единой конструкции путем многократного поочередного наложения слоев углеродных нитей вначале вдоль направления одного, а затем вдоль направления другого из двух параллельных рядов 3, 4 плоских элементов с закреплением слоев углеродных нитей между собой эпоксидным клеем.The frame 2, made in the form of a spatial lattice, is a cellular structure of two parallel rows of 3, 4 flat elements intersecting at an angle, made in the form of a single structure by repeatedly applying alternately layers of carbon filaments, first along the direction of one and then along the direction of the other of the two parallel rows of 3, 4 flat elements with fixing layers of carbon filaments to each other with epoxy glue.

Преимущественным выполнением параллельных рядов 3, 4 плоских элементов является пересечение их друг с другом под прямым углом, а каркаса 2 в форме прямоугольного параллелепипеда (плоского прямоугольного параллелепипеда).An advantageous embodiment of parallel rows of 3, 4 flat elements is their intersection with each other at right angles, and the frame 2 in the form of a rectangular parallelepiped (flat rectangular parallelepiped).

Оболочка 1 из композитного материала может быть закреплена, по крайней мере, на одной боковой стороне каркаса 2, в частности охватывать его по узким сторонам, размещаться на его широких сторонах или одновременно на всех сторонах. При необходимости, например, для использования строительного блока для внутренних стен помещений оболочка 1 может быть выполнена прозрачной, в частности, для закрепления на больших боковых сторонах каркаса 2.The shell 1 made of composite material can be fixed at least on one side of the frame 2, in particular, to cover it on narrow sides, placed on its wide sides or simultaneously on all sides. If necessary, for example, to use the building block for the interior walls of the premises, the shell 1 can be made transparent, in particular, for fixing on the large sides of the frame 2.

Кроме того, в ячейках пространственной решетки, образованных пересекающимися под углом двумя параллельными рядами 3, 4 плоских элементов, может быть размещен утеплитель, а углеродные нити выполнены в виде или сплетенных углеродных нитей, или углеродных волокон, или пучков углеродных волокон, или углеродных лент.In addition, a heater can be placed in the cells of the spatial lattice formed by two parallel rows of 3, 4 plane elements intersecting at an angle, and the carbon filaments are made in the form of either woven carbon filaments, or carbon fibers, or bundles of carbon fibers, or carbon tapes.

В качестве композитного материала для оболочки 1 может быть использован или углепластик, или стеклопластик, или иной материал, выполняющий функции защиты от пыли, ветра, проникновения влаги, а также выполнять декоративные и иные функции.As a composite material for the shell 1 can be used or carbon fiber, or fiberglass, or other material that performs the functions of protection from dust, wind, moisture, as well as perform decorative and other functions.

Параллельные ряды 3, 4 плоских элементов пересекаются, преимущественно, друг с другом под прямым углом, что обеспечивает максимально равномерное распределение механических нагрузок между плоскими элементами в строительном блоке. При изготовлении относительно больших строительных блоков, например, при их использовании в качестве межэтажных перекрытий, допускается отклонение от номинального перпендикулярного направления плоских элементов относительно оболочки в виде двух (или одного) тонких листов из композитного материала (фиг. 4), соединенных с плоскими элементами по одну и/или и по другую сторону их больших узких боковых сторон (двух параллельных рядов 3, 4 плоских элементов) в пределах до 5-9°, что не снижает прочности строительного блока, но создает дополнительную жесткость его конструкции и устойчивость как к горизонтальным нагрузкам на перекрытие, так и к нагрузкам, действующим под углом. Для этого, как это показано на фиг. 4, четные плоские элементы каждого ряда отклонены в одну строну, а нечетные - в противоположную им от номинального направления (например, перпендикулярного направления относительно двух тонких листов из композитного материала).Parallel rows of 3, 4 flat elements intersect mainly with each other at right angles, which ensures the most uniform distribution of mechanical loads between the flat elements in the building block. In the manufacture of relatively large building blocks, for example, when they are used as interfloor ceilings, deviation from the nominal perpendicular direction of the flat elements relative to the shell in the form of two (or one) thin sheets of composite material (Fig. 4) connected to the flat elements one and / or the other side of their large narrow lateral sides (two parallel rows of 3, 4 flat elements) up to 5-9 °, which does not reduce the strength of the building block, but creates additional the rigidity of its construction and its resistance to both horizontal loads on the floor and loads acting at an angle. For this, as shown in FIG. 4, even flat elements of each row are rejected in one side, and odd ones in the opposite direction from the nominal direction (for example, perpendicular to two thin sheets of composite material).

Используются строительные блоки следующим образом.Building blocks are used as follows.

Основой строительного блока является каркас 2, выполненный в виде пространственной решетки, он представляет собой ячеистую структуру из пересекающихся под углом двух параллельных рядов 3, 4 плоских элементов, выполненных в виде единой конструкции путем многократного поочередного наложения слоев углеродных нитей вначале вдоль направления одного, а затем вдоль направления другого из двух параллельных рядов 3, 4 плоских элементов с закреплением слоев углеродных нитей между собой эпоксидным клеем.The basis of the building block is the frame 2, made in the form of a spatial lattice, it is a cellular structure of two flat elements intersecting at an angle of two parallel rows 3, 4, made in the form of a single structure by repeatedly applying alternately layers of carbon filaments, first along the direction of one, and then along the direction of the other of two parallel rows of 3, 4 flat elements with fixing layers of carbon filaments between each other with epoxy glue.

Такая конструкция каркаса обладает высокой прочностью, надежностью, высокой трещиностойкостью и чрезвычайной легкостью, что очень важно для безопасного нахождения людей и техники внутри зданий и сооружений в период сейсмических явлений. Строительные блоки могут быть изготовлены в виде блоков стандартного размера и собираться в стеновые конструкции (фиг. 2), либо полностью выполняться по размерам стены или межэтажного перекрытия.Such a frame design has high strength, reliability, high crack resistance and extreme lightness, which is very important for the safe location of people and equipment inside buildings and structures during seismic events. Building blocks can be made in the form of blocks of standard size and assembled into wall structures (Fig. 2), or completely carried out according to the size of the wall or floor.

Оболочка 1 может быть соединена эпоксидным клеем с узкими боковыми сторонами плоских элементов, а при сборке стеновых конструкций такие оболочки соседних блоков склеиваться или жестко соединяться механически.The shell 1 can be connected with epoxy glue to the narrow sides of the flat elements, and when assembling wall structures, such shells of adjacent blocks are glued together or rigidly connected mechanically.

Возможно закрепление на каркасе 2 оболочки 1 в виде одного или двух тонких листов из композитного материала, соединенных с плоскими элементами по одну или, соответственно, по обе стороны их больших боковых сторон (фиг. 4).It is possible to mount on the frame 2 of the shell 1 in the form of one or two thin sheets of composite material connected to flat elements on one or, respectively, on both sides of their large lateral sides (Fig. 4).

Строительные блоки могут крепиться к стенам и пролетам готовых зданий и сооружений и при совершенно несущественном увеличении нагрузки на фундамент (по сравнению с бетонными стенами и пролетами), существенно увеличивать сейсмозащищенность зданий и сооружений. Крепление к стенам может быть клеевым, но для исключения неконтролируемого снижения качества соединения, целесообразно использовать механическое крепление.Building blocks can be attached to the walls and spans of finished buildings and structures and with a completely insignificant increase in the load on the foundation (compared with concrete walls and spans), significantly increase the seismic protection of buildings and structures. Fastening to the walls can be glued, but to exclude an uncontrolled decrease in the quality of the connection, it is advisable to use mechanical fastening.

Предложенные строительные блоки могут быть использованы и в качестве строительных панелей, в том числе утепленных, для быстровозводимых сооружений в сейсмоопасных районах.The proposed building blocks can also be used as building panels, including insulated, for prefabricated structures in earthquake-prone areas.

Боковые стороны крайних строительных блоков могут крепиться к вертикальным стойкам, выполненным гибкими в горизонтальном направлении стойки и/или оснащенным амортизаторами. Это делает само здание или сооружение чрезвычайно сеймостойкими.The sides of the outermost building blocks can be attached to vertical uprights, made flexible in the horizontal direction of the uprights and / or equipped with shock absorbers. This makes the building or structure extremely earthquake resistant.

Из предложенных строительных блоков могут быть изготовлены отдельные изолированные помещения в здании, сооружении, этаже, квартире, обладающие чрезвычайной прочностью и надежностью в условиях сейсмовоздействий.Separate isolated rooms in a building, structure, floor, apartment can be made from the proposed building blocks, which are extremely durable and reliable in seismic conditions.

Таким образом, предложенная конструкция строительного блока обладает высокой прочностью, надежностью, высокой трещиностойкостью и чрезвычайной легкостью, что очень важно для безопасного нахождения людей и техники внутри зданий и сооружений в период сейсмических явлений. Этим самым достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении прочности, надежности и снижении массовых характеристик строительного блока, поскольку он выполнен не из металла, а его элементы соединяются не точечной сваркой, а представляют из себя единую конструкцию, изготавливаемую поочередным наложением слоев углеродных нитей вначале вдоль направления одного, а затем вдоль направления другого из двух параллельных рядов плоских элементов с закреплением слоев углеродных нитей между собой эпоксидным клеем.Thus, the proposed construction of the building block has high strength, reliability, high crack resistance and extreme lightness, which is very important for the safe location of people and equipment inside buildings and structures during seismic events. This achieves the required technical result, which consists in increasing the strength, reliability and reducing the mass characteristics of the building block, since it is not made of metal, and its elements are not connected by spot welding, but are a single structure made by alternately applying layers of carbon filaments first along directions of one, and then along the direction of the other of two parallel rows of flat elements with fixing layers of carbon filaments to each other with epoxy glue.

Claims

1. A building block containing a frame in the form of a spatial lattice, characterized in that the spatial lattice is a cellular structure of intersecting at an angle of two parallel rows of flat elements made in the form of a single structure by repeatedly applying alternately layers of carbon filaments first along the direction of one, and then along the direction of the other of two parallel rows of flat elements with fixing layers of carbon filaments with epoxy adhesive.

2. The building block according to claim 1, characterized in that the parallel rows of flat elements intersect each other at right angles.

3. The building block according to claim 1, characterized in that the frame is made in the form of a rectangular parallelepiped.

4. The building block according to claim 1, characterized in that, at least on one side of the frame, a shell made of composite material is fixed.

5. The building block according to claim 1, characterized in that a heater is placed in the cells of the spatial lattice formed by two parallel parallel rows of flat elements intersecting at an angle.

6. The building block according to claim 1, characterized in that the carbon filaments are made in the form of either woven carbon filaments, or carbon fibers, or bundles of carbon fibers, or carbon tapes.

7. The building block according to claim 4, characterized in that carbon composite is used as the composite material for the shell.

8. The building block according to claim 4, characterized in that fiberglass is used as a composite material for the shell.

9. The building block according to claim 4, characterized in that the shell is made transparent.