ITNO20130004A1 - Sistema di pre-distanziamento collassabile particolarmente per gli elementi di un telaio strutturale - Google Patents

Description

TITOLO: Sistema di pre-distanziamento collassabile particolarmente per gli elementi di un telaio strutturale.

DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce ad un sistema di prefabbricazione per le componenti strutturali di un telaio parzialmente pre-assemblato, in legno o altro materiale, in particolare per la costruzione di pareti interne ed esterne, solette, capriate e tetti di edifici.

Il tipico sistema tradizionale di costruzione a telaio in legno o in struttura leggera di acciaio richiede l'interpretazione del disegno stampato del progettista, spesso eseguito a CAD, e la selezione, misurazione, taglio e assemblaggio di molte componenti, generalmente poste a distanza variabile, in un cantiere esposto alle intemperie.

Questa fase richiede la presenza sul sito di personale altamente qualificato, é la più complessa ed é soggetta ad errori causati dalla non corretta interpretazione dei disegni oppure da errori umani nella marcatura e taglio delle componenti. Inoltre, dopo aver posizionato correttamente i vari elementi a terra, per effettuare i vari tagli gli elementi vengono in genere riposizionati altrove per il taglio e poi rimessi in posizione, operazione che richiede ulteriore tempo.

Esistono alternative alla tradizionale costruzione a telaio strutturale sul sito.

Il più noto ed utilizzato é il sistema di prefabbricazione di intere pareti o sezioni di pareti, solette e capriate in fabbrica che poi vengono trasportate sul sito di costruzione.

Un altro sistema, utilizzato in genere per le case in kit, prevede il taglio a misura in fabbrica di tutti gli elementi uno alla volta, la loro numerazione e la spedizione sul Altri sistemi molto meno noti brevettati prevedono la costruzione in fabbrica di un completo telaio collassabile in metallo leggero che viene poi aperto ed installato sul sito di costruzione, che prevede delle componenti verticali con le componenti orizzontali. Talvolta anche i montanti stessi sono collassabili. (esempio US 6318044 B1).

I sistemi di prefabbricazione di pareti e solai interi, rispetto ad i sistemi tradizionali di costruzione sul sito, sono noti da molto tempo e in genere utilizzati quando ci sia la necessità di costruire in tempi ridotti, su siti remoti o con clima avverso.

In condizioni normali essi sono poco utilizzati soprattutto per la scarsa convenienza economica. Nel caso della prefabbricazione di intere pareti e solette, il risparmio dovuto all'utilizzo di migliori sistemi della fabbrica e alla maggiore velocità di messa in opera sul sito é spesso ampiamente compensato dai costi fissi della struttura dove le pareti vengono fabbricate, dai costi delle attrezzature impiegate, dalla non completa automazione del sistema, che richiede comunque largo impiego di mano d'opera anche in fabbrica, dai costi di trasporto, decisamente superiori rispetto al trasporto del semplice legname necessario per la costruzione tradizionale (che occupa circa il 25% del volume rispetto a quello di pareti e solette prefabbricate). Inoltre ci sono i costi per lo spazio necessario per immagazzinare le pareti prodotte e talvolta i costi di una gru per il posizionamento degli elementi sul sito.

Inoltre spesso un'impresa non possiede anche la fabbrica per la costruzione delle pareti e solette prefabbricate e la gru necessaria alla messa in opera. Dovendo pagare fornitori terzi l'impresa ridurrebbe necessariamente il suo guadagno.

Nel caso delle case in kit, con taglio in fabbrica di tutti gli elementi, i costi di trasporto non sono sostanzialmente diversi, ma i costi vengono maggiorati dalla necessità di tagliare, numerare, marcare e catalogare una ad una tutte le componenti e dal fatto che sul sito occorre interpretare i disegni e reperire le componenti necessarie. Questo può essere abbastanza complesso e richiedere molto tempo, tale da non essere concorrenziale rispetto alla tradizionale misurazione ed al taglio degli elementi sul sito, specie per la costruzione di una sola abitazione.

I telai collassabili leggeri fin qui noti, comunque davvero scarsamente utilizzati, ammesso che siano in produzione, hanno invece probabili inconvenienti di un eccessivo costo di produzione, a causa di un più alto numero dei processi industriali necessari, alla maggior quantità di materiale necessario e ad un maggiorato costo di trasporto, piu' concorrenziale rispetto ad altri tipi noti ma sempre superiore rispetto al trasporto delle singole componenti. Inoltre essi sono spesso limitati alle strutture a telaio leggere in metallo, in genere meno utilizzate rispetto al legno.

Scopo della presente invenzione é quello di creare un sistema di prefabbricazione che consenta di costruire telai strutturali in legno, metallo o altro materiale, ad alta precisione, economici da produrre e di semplice e veloce installazione sul sito, eliminando le operazioni di misurazione di solito necessarie in cantiere e la necessità di utilizzo di una gru per installazione.

Un altro scopo delinvenzione é di permettere di mantenere i costi di trasporto bassi come quelli necessari per la tradizionale costruzione sul sito, occupando il materiale pressoché lo stesso volume.

Un altro scopo del'invenzione é di eliminare la necessità di numerare e catalogare uno ad uno i pezzi pre-tagliati in fabbrica e di dare la possibilità di effettuare gli ultimi tagli necessari senza muovere o riposizionare i pezzi, così da risparmiare altro tempo.

Un altro scopo dell'invenzione é di facilitare la produzione in fabbrica di questi telai, che sono di fatto imo diverso dall'altro, in modo quasi o del tutto automatizzato come in una grande produzione di serie, con impiego minimo di mano d'opera, non necessariamente qualificata.

Un altro scopo del'invenzione é di permettere la produzione in uno spazio contenuto e con l'impiego di macchinari a basso costo.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti dal sistema di pre-distanziamento collassabile secondo il trovato che si caratterizza fondamentalmente per il fatto di comprendere almeno tre componenti di un telaio strutturale 1 e almeno due distanziatori 2, non facenti parte della struttura portante del telaio, solidali alle testate delle suddette componenti del telaio 1, ed essendo detto distanziatore 2 pieghevole.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione, preferita ma non esclusiva, del sistema di pre-distanziamento collassabile illustrato a titolo indicativo ma non limitativo nei disegni in cui:

La Fig. 1 é una vista prospettica delle componenti strutturali verticali in legno di una parete con finestra e dei suoi distanziatori fissati sulle teste delle componenti verticali, in configurazione da stoccaggio a magazzino e trasporto, impacchettata con fascette.

La Fig. 2 é una pianta vista dall'alto delle stesse componenti di Fig.1, senza fascette e pronta ad essere dispiegata, in cui é stata omessa la parte centrale per esigenze di disegno.

La Fig. 3 é una pianta vista dall'alto delle stesse componenti di Fig.1 durante il dispiegamento, in cui é stata omessa la parte centrale per esigenze di disegno.

La Fig. 4 é una vista prospettica delle stesse componenti di Fig.1 durante il dispiegamento. Il telaio é sdraiato in posizione orizzontale, posizione in cui é usuale costruirlo.

La Fig. 5 é una vista prospettica del telaio completamente dispiegato, con i suoi distanziatori completamente dispiegati e le due componenti orizzontali, il piatto di sotto e di sopra, già inchiodate alle componenti verticali all’estremità e alle due componenti da finire di tagliare. Il telaio é sdraiato in posizione orizzontale.

La Fig. 6 é una vista prospettica del telaio completamente assemblato, con tutte le componenti tagliate e con la componente orizzontale che funge da soglia della finestra e il travetto portante sopra la finestra anch'essi assemblati. Il telaio é ancora sdraiato in posizione orizzontale.

La Fig. 7 é una pianta di una variante in cui i distanziatori sono fili o corde. La vista mostra due montanti, di cui le estremità sono omesse, e un distanziatore, in configurazione di trasporto.

La Fig. 8 é una pianta della variante di Fig. 7 in configurazione dispiegata.

La Fig. 9 é una pianta di una variante in cui i distanziatori sono corpi rigidi dotati di una fessura di scorrimento. La vista mostra due montanti, di cui le estremità sono omesse, e un distanziatore, in configurazione di trasporto.

La Fig. 10 é una pianta della variante di Fig. 9 in configurazione dispiegata.

La Fig. 11 é una pianta di una variante in cui i distanziatori sono corpi rigidi dotati di due fessure di scorrimento. La vista mostra due montanti, di cui le estremità sono omesse, e un distanziatore, in configurazione di trasporto.

La Fig. 12 é una pianta della variante di Fig. 11 in configurazione parzialmente dispiegata.

La Fig. 13 é una pianta della variante di Fig. 11 in configurazione dispiegata.

La Fig. 14 é una assonometria di una variante in cui i distanziatori sono coipi rigidi non fissati alle componenti del telaio e i montanti sono dotati di fresate di larghezza variabile. La vista mostra cinque montanti, di cui una estremità é omessa, e nessun distanziatore, in configurazione di trasporto.

La Fig. 15 é una pianta della variante di Fig. 14 in configurazione parzialmente dispiegata dove vengono mostrati due distanziatori in posizione per il dispiegamento.

La Fig. 16 é una pianta dello schema di una variante con i distanziatori discontinui che collegano due montanti vicini.

La Fig. 18 é una pianta dello schema di una variante con i distanziatori che collegano in parallelo il primo montante con tutti gli altri.

Il sistema illustrato nei disegni comprende le componenti strutturali verticali del telaio in legno 1, dette anche montanti, di una parete comprensiva di un'apertura finestrata, a cui sono collegati i distanziatori 2, posti sulle teste dei montanti. I distanziatori 2 sono fissati su ogni testa per mezzo di tre graffe 4. 1 distanziatori sono in materiale pieghevole (ad esempio un foglio di alluminio di spessore 2/10 mm) e la lunghezza della porzione di foglio pieghevole fra un montante e l'altro varia a seconda della distanza progettata per il telaio. I distanziatori sono ripiegati fra un montante e l'altro durante stoccaggio e trasporto come visibile in Fig.1, dove una parete pronta al trasporto é impacchettata per mezzo delle fascette 15. 1 due montanti 12 sono piu' corti degli altri e andranno a costituire l'appoggio del travetto 10 della finestra. I due montanti 12 sono solidali ai vicini montanti interi 13, anche detti “montanti re†.

In Fig. 5 sono visibili anche i tagli parziali 8 nei due montanti 14, e le due componenti orizzontali del telaio 6 e 6' assemblate in posizione finale, che potrebbero anche essere pre-marcate per maggior chiarezza, oltre ai chiodi 7 necessari al collegamento strutturale fra montanti e componenti orizzontali.

Il Fig. 6 la soglia dell'apertura finestrata 9 é assemblata in posizione finale, essendo la soglia 9 ricavata da uno dei due montanti 14, ancora intero in Fig. 5. In Fig. 6 é inoltre presente il travetto 10 della finestra assemblato in posizione finale. Il telaio é sdraiato come usuale su una superficie orizzontale, prima di essere sollevato in posizione finale.

Le figure da 7 a 18 mostrano alcune soluzioni tecnicamente equivalenti ma non preferite per varie ragioni. In queste figure i distanziatori sono fissati sul lato dei montanti, tranne nella Fig. 15 dove uno dei distanziatori é fissato sulla testa, come nella soluzione preferita.

In alternativa al distanziatore formato da un foglio d'alluminio é possibile utilizzare tipi diversi, come i tipi a filo 20 (Fig. 7 e 8) fissati ai montanti con graffe o chiodi 40, oppure a nastro, a fascetta di larghezza ridotta. Un altro distanziatore tecnicamente equivalente é un tipo rigido 21 con la possibilità di scorrimento centrale 22 fra i punti di fissaggio a graffetta, chiodo o vite 41 (Fig. 9 e 10). Un variante del tipo rigido é quella 23 con possibilità di scorrimento diviso in due sezioni 24 e 25, mostrato in Fig. 11, 12 e 13, in posizioni di spiegamento progressive. Questa variante serve a limitare l'ingombro, specie per telai di ridotte dimensioni. Le Fig. 14 e 15 mostrano un'ulteriore variante, rispettivamente in configurazione da trasporto e dispiegata, che é costituita da distanziatori rigidi 26 che non vengono fissati in fabbrica ai montanti, bensì vengono tagliati (ad esempio a laser, plasma o acqua) con una larghezza progressivamente crescente 27. Sulla testa oppure sui lati dei montanti verrà effettuata una fresata di larghezza variabile 50, poi i montanti vengono impacchettati e spediti. Le componenti del telaio 1 vengono posizionate su una superficie orizzontale in cantiere, dopodiché (Fig. 15) occorre fissare con un chiodo o una vite 51 il distanziatore 26 al primo montante 11. Il montante 11 verrà trascinato insieme al distanziatore rigido 26 e ogni volta che la larghezza del distanziatore 26 si allargherà, nei punti 27, si incastrerà al montante la cui fresatura é della stessa larghezza, andando a dispiegare il telaio secondo progetto. In alternativa alla fresatura con distanziatore piatto potrebbe anche essere operata una foratura a diametro progressivo attraverso tutti i montanti con un distanziatore a sezione variabile. Questo distanziatore potrebbe essere di tipo rigido, oppure costituito da un filo a cui sono collegati piccoli elementi rigidi di sezione crescente, una “collana di perle†, con “perle†di diametro crescente.

In tutti i casi il posizionamento di tutti questi tipi di distanziatori, sulla testa o sui lati, dovrebbe comunque mantenere paralleli tutti i montanti durante il dispiegamento, come fa il tipo preferito precedente illustrato. Quindi se i distanziatori sono fissati alla parte laterale e non sulla testa dei montanti, occorre prevedere gli stessi distanziatori su entrambi i lati.

Se si desiderasse tagliare completamente i montanti 14 in fabbrica occorrerebbe prevedere ulteriori distanziatori per mantenere comunque paralleli i montanti, dato che l'altra estremità di un montante accorciato sarebbe libera di muoversi incontrollata durante il dispiegamento.

I materiali dei distanziatori possono essere i più disparati, tessuti, plastiche, cartoncino, metalli. L'alluminio é stato preferito per la resistenza meccanica, la caratteristica di essere non tagliente a bassi spessori e di non essere attaccabile dagli agenti atmosferici, ma anche di essere facilmente piegabile e forabile in caso di necessità.

La Fig. 16 mostra uno schema dei distanziatori 28 configurati in un modo non continuo, bensì spezzettato in serie, non preferito ma tecnicamente equivalente. La Fig. 18 mostra un altro schema equivalente ma non preferito, dove i distanziatori 29 sono invece tutti collegati in parallelo al primo o all'ultimo montante.

Il funzionamento del sistema secondo il trovato é il seguente: partendo dal progetto a CAD si utilizzano macchine a controllo numerico CNC, a basso costo e limitato ingombro, per assemblare molto efficientemente e senza errori, in fabbrica, in atmosfera protetta, le parti della costruzione, come ad esempio la parete mostrata da Fig. 1 a Fig. 6. Le operazioni procedono come segue:

Si eseguono i tagli completi dei montanti 12 e i tagli incompleti 8 dei montanti 14. Occorre anche rendere solidali i montanti che necessitano da progetto di essere uniti uno all'altro, come nel caso dei montanti tagliati più corti 12, da unire ai vicini montanti 13, operazione che può essere effettuata con chiodi, graffette o colla.

Si procede a graffettare con le graffette 4 i distanziatori 2, che nell'esempio sono formati da una striscia di foglio d'alluminio o altro materiale non parte della struttura finale del telaio, sulle teste di tutti i montanti 1,11,12,13 e 14 in modo da lasciare una porzione di questa striscia fra un montante e l'altro di lunghezza pari alla distanza che dovrà esserci fra questi montanti a telaio dispiegato. Il distanziatore 2 viene poi piegato verso l'interno della struttura, alla metà 3, in modo che durante stoccaggio e trasporto resti protetto. L'operazione di graffettatura e piegamento viene ripetuta per ogni montante, ad entrambi gli estremi dei montanti.

Le operazioni suddette richiedono di distanziare due montanti per volta, anche solo leggermente, eseguire i tagli 8, installare i distanziatori 2 e poi riavvicinarli e procedere ai due successivi montanti, in alternativa alla tradizionale costruzione completa del telaio. La flessibilità dei distanziatori 2 permette inoltre di spingerli fra un montante e l'altro evitando il distanziamento completo. Tutto questo permette di utilizzare apparecchiature più piccole e compatte per la produzione.

Lo spessore della striscia 2 potrebbe essere anche solo di un decimo di mm, quindi lo spessore della striscia ripiegata, due decimi di mm, non disturba un impacchettamento tradizionale dei montanti, da eseguire, ad esempio, con le fascette 15 e non aumenta il volume di trasporto rispetto al nudo legname, e di conseguenza il costo. Tutta l'operazione può essere eseguita con macchine a controllo numerico, senza errori e molto velocemente, con ausilio minimo o nullo di un operatore. I montanti impacchettati della parete vengono spediti.

Una volta che la parete dell'esempio arriva in cantiere questa viene preferibilemente posta in posizione orizzontale, le fascette 15 vengono rimosse, poi occorre trascinare uno dei montanti esterni 11, oppure entrambi i montanti esterni esterni 11 contemporaneamente, se l'operazione viene eseguita da due persone, in modo da dispiegare il telaio. In pochi secondi tutti i montanti si disporranno automaticamente alla distanza progettata, le pieghe 3 dei distanziatori 2 si raddrizzeranno durante l'operazione come chiarito in Fig. 4. I montanti 13 e 12, sono assemblati e costituiscono un sol pezzo e quindi vengono trascinati insieme.

In Fig 5 il telaio é dispiegato e anche le componenti orizzontali 6 e 6' sono in posizione. Questi due elementi 6 e 6' potrebbero anche essere posizionati prima del dispiegamento ed inchiodati ad uno dei montanti esterni 11 per facilitare l'operazione di trascinamento, se l'operazione é eseguita da una persona sola.

Una volta che le componenti del telaio sono in posizione finale si può procedere alla inchiodatura, per mezzo dei chiodi 7, dei due montanti esterni 11 alle componenti 6 e 6', facendo attenzione al curare la perpendicolarità dei montanti esterni 11 rispetto al terreno. Questa operazione manterrà in automatico perpendicolari tutti gli altri montanti, accelerando la successiva inchiodatura.

Alcuni montanti, come i montanti 14, sono pre-tagliati parzialmente. Questi tagli 8 sono profondi quanto basta a mantenere l'integrità strutturale dei montanti 14 durante il trasporto e sono fatti a partire dalla parte che appoggia a pavimento durante il dispiegamento.

L'operazione di completamento del taglio dei montanti 14 é da eseguire dopo l'inchiodatura degli stessi alle componenti 6 e 6', al fine di non muovere le parti e doverle riposizionare. I tagli 8 pre-eseguiti in fabbrica servono da guida per completare il taglio che può essere eseguito velocemente per mezzo di qualsiasi attrezzo a basso costo, come ad esempio una sega circolare 11, senza la necessità di misurare, riposizionare o spostare i montanti 14. Tradizionalmente occorrerebbe ruotare l'elemento in posizione orizzontale e posizionarlo per il taglio in modo da non tagliare altre superfic , ma questa operazione non é necessaria con questo sistema.

L'elemento 9 é anch'esso pre-tagliato nell'esempio e andrà a costituire il supporto del davanzale della finestratura, visibile assemblata in Fig. 6. Lo scarto dopo il taglio dei montanti é minimo, ma in ogni caso verrà facilmente utilizzato, ad esempio per un altro elemento 9 posto sopra il precedente, come si fa talvolta, oppure per i blocchi tagliafuoco da posizionare fra un montante e l'altro.

Il telaio viene completato con il montaggio del travetto 10, trasportato a parte come tradizionalmente, ed é ora pronto per le fasi successive.

I distanziatori 2, una volta che il telaio é dispiegato, potrebbero essere facilmente rimossi non essendo parte della struttura portante del telaio, ma l'operazione non é necessaria in quanto non disturbano nessuna delle operazione successive, restando adiacenti alle componenti orizzontali 6 e 6'. Anche se occorresse fare un foro la presenza dei distanziatori non disturberebbe data la bassa resistenza meccanica del materiale, forabile con qualsiasi punta.

Questo sistema é ancora più vantaggioso quando i montanti hanno lunghezza variabile e hanno tagli inclinati, ad esempio per una parete di testa che sorregge un tetto a falda.

II sistema quindi permette di automatizzare a basso costo tutte le operazioni manuali più complesse e soggette ad errori di norma eseguite in cantiere, con il costo irrisorio delle strisce di alluminio e delle graffette. Questo sistema non aumenta i costi di trasporto o necessita di una gru in cantiere. Inoltre non si ha nemmeno la necessità di istruire la squadra in cantiere, data la semplicità di installazione dei telai fatti con questo sistema. Tutto questo permette una maggiore velocità e accuratezza della costruzione, con notevoli risparmi e maggiore semplicità delle operazioni.

Il trovato così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili con altri tecnicamente equivalenti; si intendono possibili, da ultimo, eventuali inversioni strutturali o dislocazioni alternative dei componenti o parti che complessivamente formano il sistema della presente invenzione.

Claims (10)

1. TITOLO: Sistema di pre-distanziamento collassabile particolarmente per gli elementi di un telaio strutturale. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di pre-distanziamento collassabile caratterizzato dal fatto di comprendere almeno tre componenti di un telaio strutturale e almeno due distanziatori, non facenti parte della struttura portante del telaio, solidali alle testate delle suddette componenti del telaio, ed essendo detti distanziatori pieghevoli.
2. 2. Il sistema di pre-distanziamento collassabile secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che alcune componenti del telaio siano pre-tagliate a misura da progetto e rese solidali con un'altra componente vicina del telaio e altre componenti siano pre-tagliate solo parzialmente.
3. 3. Il sistema di pre-distanziamento collassabile secondo le rivendicazione 1 e 2 caratterizzato dal fatto che i distanziatori sono di tipo a filo, cavo o nastro.
4. 4. Il sistema di pre-distanziamento collassabile secondo le rivendicazione 1 e 2 caratterizzato dal fatto che i distanziatori siano dislocati in modo diverso sulle suddette componenti del telaio.
5. 5. Il sistema di pre-distanziamento collassabile secondo le rivendicazione 1 e 2 caratterizzato dal fatto che i distanziatori sono di tipo rigido collassabile, con la possibilità di scorrimento fra i punti di fissaggio (41), essendo detto scorrimento diviso in una o due sezioni (22,24,25).
6. 6. Il sistema di pre-distanziamento collassabile secondo le rivendicazione 1 e 2 caratterizzato dal fatto che uno o più distanziatori sono di tipo rigido o semi-rigido ed indipendenti, cioà ̈ non fissati alle componenti del telaio, essendo detti distanziatori di larghezza o diametro progressivamente crescente e venendo operata nelle componenti del telaio una fresata o foro di larghezza corrispondente alla crescente larghezza o diametro dei distanziatori.
7. 7. Il sistema di pre-distanziamento collassabile secondo le rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che i distanziatori sono di tipo a filo o cavo flessibile, e indipendenti, cioà ̈ non fissati alle componenti del telaio, essendo a detti distanziatori a filo o cavo fissati corpi rigidi di larghezza crescente.
8. 8. Il sistema di pre-distanziamento collassabile secondo una o piu' rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che i distanziatori sono connessi partendo da una componente del telaio e connettendosi in parallelo a tutte le altre.
9. 9. Il sistema di pre-distanziamento collassabile secondo una o piu' rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che le componenti del telaio siano marcate con dati identificativi e linee di taglio.
10. 10. L'apparato per l'installazione in fabbrica dei distanziatori secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzato dal fatto che su una linea di montaggio due montanti alla volta vengono distanziati per l'installazione dei distanziatori, i quali verranno fissati alle componenti e piegati, e poi dette componenti riavvicinate, e così via per l'installazione dei successivi distanziatori.