PL229439B1 - Element konstrukcyjny przegrody metalowo-szklanej - Google Patents

Abstract

Element konstrukcyjny charakteryzuje się tym, że w ściankach wewnętrznych (1b, 2b) profili metalowych (1, 2) ma otwory (1d, 2d), w których osadzona jest tuleja (3), a w ściankach zewnętrznych (1a, 2a) profili (1, 2) ma otwory (1c, 2c) o mniejszej średnicy niż otwory w ściankach wewnętrznych, współosiowe z otworami większymi, przy czym w otworach w ściankach zewnętrznych i otworze w tulei (3) jest osadzona śruba (4a), a długość tulei (3) jest tak dobrana, że po dokręceniu nakrętki (12a) zapewniony jest efekt poprzecznego sprężenia elementu konstrukcyjnego, przy zachowaniu użytecznej grubości uszczelek i grubości szyby. Korzystnie wewnętrzna średnica otworu w tulei (3) jest równa średnicy otworów mniejszych (1c, 2c), wykonanych w ściankach zewnętrznych (1a, 2a), a otwór w tulei (3) oraz niegwintowany trzpień śruby (4a) stanowią suwliwe skojarzenie.

Description

Przedmiotem wynalazku jest element konstrukcyjny przegrody metalowo-szklanej, korzystnie z szybami zespolonymi. Wynalazek ma zastosowanie do budowy przekryć i ścian metalowo-szklanych stosowanych w konstrukcjach szklarniowych, ogrodach zimowych oraz w przekryciach i ścianach energoaktywnych przystosowanych do pozyskiwania energii cieplnej z promieniowania słonecznego.

Znane powszechnie rozwiązania belek i słupków podtrzymujących tafle szklane składają się z elementów aluminiowych i dopasowanych uszczelek. Elementy te mają na ogół postać jednostronnej, umieszczonej od strony wewnętrznej przekrycia lub ściany, belki nośnej lub słupka oraz przykręconego lub wczepionego, elementu dociskowego przytrzymującego uszczelkę gumową lub silikonową. Elementy dociskowe są z reguły wykonane z aluminium lub tworzywa sztucznego i są umieszczone od zewnętrznej strony przegrody szklanej.

Znane są również rozwiązania przegród metalowo-szklanych, w których do metalowych elementów nośnych w postaci belek, słupów, umieszczonych wewnątrz obiektu, są mocowane specjalne uchwyty punktowe zwane pająkami, które umożliwiają łączenie tafli szklanych w ich narożach. Podpierane w narożach tafle szklane muszą mieć znaczną grubość w celu spełnienia warunków wytrzymałości szkła na zginanie. Najważniejszą niedogodnością tego rozwiązania jest duży ciężar własny konstrukcji wsporczej i szkła oraz znaczny koszt.

Z opisu patentowego DE3927653A1 znane są panele montażowe z podkładkami montowanymi na przegubach kulowych, które są wolne od obciążeń zginających. Panele posiadają śrubę mocującą oraz głowicę kulową współpracującą z gniazdem, która ma możliwość przechylania we wszystkich kierunkach. Przegub kulowy jest poza panelem i posiada dolną płytę nośną, Górna płyta podporowa jest przykręcona do dolnej płyty, a pomiędzy płytami są zamontowane sprężyste podkładki. Montaż takich paneli można zastosować przy budowie dachów, szczególnie z płyt szklanych.

Do najważniejszych niedogodności znanych rozwiązań należy zaliczyć relatywnie małą sztywność na zginanie jednostronnych belek lub słupków aluminiowych oraz znaczny koszt. W przypadku dużych rozpiętości przekryć lub ścian, jednostronny element aluminiowy musi mieć znaczne rozmiary i często skomplikowane kształty przekroju poprzecznego w celu spełnienia warunków nośności i sztywności elementu podtrzymującego przegrodę szklaną. Chodzi tu głównie o przeciwdziałanie pękaniu szyb od nadmiernych przemieszczeń podtrzymującej konstrukcji nośnej. Ponadto w znanych rozwiązaniach przegroda szklana znajduje się często w strefie ściskanej lub rozciąganej układu konstrukcyjnego szyba-belka lub szyba-słupek, co wywołuje dodatkowe wytężenie szyb i zmniejsza ich nośność na zginanie.

Element konstrukcyjny przegrody metalowo-szklanej, zawierający dwa profile metalowe o zamkniętym przekroju prostokątnym oraz uszczelki obejmujące obustronnie krawędzie przegrody szklanej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w ściankach wewnętrznych profili metalowych ma otwory, w których osadzona jest tuleja, a w ściankach zewnętrznych profili ma otwory o mniejszej średnicy niż otwory w ściankach wewnętrznych, współosiowe z otworami większymi. W otworach w ściankach zewnętrznych i otworze w tulei jest osadzona śruba, a długość wspomnianej tulei jest tak dobrana, że po dokręceniu nakrętki zapewniony jest efekt poprzecznego sprężenia elementu konstrukcyjnego, przy zachowaniu użytecznej grubości uszczelek i grubości szyby.

Korzystnie, wewnętrzna średnica otworu w tulei jest równa średnicy otworów mniejszych wykonanych w ściankach zewnętrznych.

Korzystnie, otwór w tulei oraz niegwintowany trzpień śruby stanowią suwliwe skojarzenie. Takie dopasowanie śruby i otworu w tulei pozwala na uzyskanie precyzyjnego połączenia elementów.

Korzystnie, długość niegwintowanej części śruby jest równa wysokości konstrukcyjnej elementu.

Przewiduje się rozwiązanie, w którym otwór o mniejszej średnicy w ściance zewnętrznej profilu wewnętrznego ma postać stożkowego gniazda, o takiej samej zbieżności jak zbieżność stożka nakrętki sprężającej.

Korzystne jest rozwiązanie elementu, w którym do ścianek wewnętrznych profili, przymocowane listwy z podłużnymi rowkami. Takie rozwiązanie pozwala na lepsze wykorzystanie efektu sprężystego uszczelek.

Przewiduje sią także rozwiązanie, w którym profile są wykonane z aluminium i na całej długości ścianki wewnętrznej posiadają podłużne rowki.

Korzystnie, rozstaw osi otworów w profilach jest zagęszczony w kierunku podpór.

PL 229 439 Β1

Zaletą rozwiązania jest duża nośność i sztywność elementu konstrukcyjnego, wynikająca ze współpracy profili połączonych poprzez tuleje sprężającymi śrubami. Wywołuje to korzystny rozkład sił od obciążeń w elemencie, zbliżony do rozkładu sił w tak zwanej belce Vierendeela, i jego pracę w korzystnym schemacie statycznym. Daje to możliwości projektowania konstrukcji o dużej lekkości. Szyby zespolone znajdują się w strefie obojętnej zginania elementu, co istotnie redukuje dodatkowe siły normalne w szybach spowodowane niezamierzoną współpracą szyby z konstrukcją aluminiową lub stalową. Szyby takie uzyskują zatem większą nośność na zginanie potrzebną do prawidłowego funkcjonowania przegrody szklanej. Wymienione zalety wpływają na znaczną redukcję kosztów przegród metalowo-szklanych w stosunku do klasycznej stolarki aluminiowej lub przegród stalowo-szklanych z uchwytami punktowymi zwanymi pająkami.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny elementu konstrukcyjnego ze zwykłą nakrętką, fig. 2 - przekrój poprzeczny elementu konstrukcyjnego z nakrętką stożkową, fig. 3 - widok podłużny 1-1 elementu wykonanego z profili stalowych sprężonego nakrętkami zwykłymi, fig. 4 - podłużny przekrój łamany 2-2 z fig. 3, fig. 5 - przekrój połączenia: profil - uszczelka - szyba zespolona z zastosowaniem listwy z rowkami sprężonego nakrętką stożkową, fig. 6 - przekrój połączenia: profil aluminiowy - uszczelkaszyba zespolona sprężonego nakrętką zwykłą, a fig. 7 - schemat korzystnego rozstawienia otworów na długości elementu konstrukcyjnego w przypadku jej podziału na 7 segmentów pomiędzy podporami.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 element konstrukcyjny jest zbudowany z dwóch profili metalowych, zewnętrznego 1 i wewnętrznego 2, o zamkniętych przekrojach prostokątnych, obejmujących poprzez uszczelki 7 szyby zespolone 6. Uszczelki 7 i szyby zespolone 6 umieszczone są pomiędzy ściankami wewnętrznymi 1b, 2b profili metalowych 1, 2. W ściance 1b profilu zewnętrznego 1 od strony uszczelki 7 są wykonane otwory 1d o większej średnicy niż współosiowe otwory 1c w ściance zewnętrznej 1a. W ściankach profilu wewnętrznego 2 są wykonane takie same otwory 2d o większej średnicy od otworów 2c i w takim samym osiowym rozstawie jak w profilu zewnętrznym 1. Otwór 2d, o większej średnicy, jest wykonany w ściance 2b od strony uszczelki 7, natomiast otwór 2c, o mniejszej średnicy, w ściance zewnętrznej 2a. W otworach 1d, 2d o większej średnicy osadzona jest tuleja stalowa 3 o średnicy zewnętrznej pasowanej suwliwie do tych otworów i o średnicy wewnętrznej równej średnicy mniejszych otworów 1c, 2c w obu profilach 1, 2. Długość tulei 3 jest tak dobrana, że po dokręceniu śruby 4a zapewniony jest efekt poprzecznego sprężenia elementu konstrukcyjnego, przy zachowaniu użytecznej grubości uszczelek 7, silikonowych, gumowych lub z tworzywa sztucznego i grubości szyby 6. Tak dobrana długość tulei przeciwdziała wgniataniu ścianek 1a i 2a do wnętrza profili 1, 2 po dokręceniu śrub 4a.

W otworze 1c o mniejszej średnicy, znajdującym się w ściance 1a profilu zewnętrznego 1 umieszczona jest śruba 4a pasowana do średnicy tego otworu i wewnętrznej średnicy tulei 3. Pomiędzy łbem śruby 4a, w kształcie wycinka czaszy kulistej, a ścianką 1a profilu 1 znajduje się podkładka metalowa 5 z warstwą uszczelniającą silikonową lub z tworzywa sztucznego. Długość niegwintowanego trzpienia śruby 4a jest równa wysokości konstrukcyjnej h elementu. Na nagwintowaną końcówkę śruby założona jest podkładka stalowa 11 dociśnięta nakrętką 12a. Dociśnięcie powoduje dopasowanie wewnętrznych płaszczyzn ścianek 1a i 2a do płaszczyzn czołowych tulei 3. Jednocześnie ścianki 1b i 2b dociskają uszczelki 7 do szyb zespolonych 6 uszczelniając połączenia szyby z elementem konstrukcyjnym.

W wersji rozwiązania przedstawionego na fig. 2, otwór o mniejszej średnicy 2e w ściance zewnętrznej 2a profilu wewnętrznego 2 ma postać stożkowego gniazda, o takiej samej zbieżności jak stożek nakrętki sprężającej 12b. W tym przypadku długość niegwintowanego trzpienia śruby 4b powinna być mniejsza niż dla śruby 4a, tak aby można było założyć i dokręcić nakrętkę stożkową 12b bez podkładki. Dokręcenie nakrętki 12b wywołuje doprężenie ścianek profili 1, 2 do powierzchni czołowych tulei 3. Efekt sprężenia profilu zewnętrznego 1 z profilem wewnętrznym 2 powoduje korzystny rozkład sił wewnętrznych. Jednocześnie uszczelki 7 są dociśnięte do szyb zespolonych 6.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 5, do ścianek wewnętrznych 1b, 2b profili 1,2, przymocowane są, z wykorzystaniem nitów jednostronnych lub kleju, listwy 8 z podłużnymi rowkami. Takie rozwiązanie pozwala na zwiększenie stopnia szczelności obustronnego połączenia szyba - uszczelka-profil. Listwy 8 z podłużnymi rowkami są wykonane z aluminium, tworzywa sztucznego lub kompozytu.

W kolejnej wersji rozwiązania przedstawionego na fig. 8, profil zewnętrzny 9 i wewnętrzny 10 wykonany jest z prostokątnej rury aluminiowej, która na całej długości ścianek wewnętrznych 9b, 10b ma wytłoczone podłużne rowki.

PL 229 439 Β1

Fig. 7 przedstawia schemat korzystnego rozstawienia otworów, na długości elementu konstrukcyjnego pomiędzy podporami, podzielonej na 7 segmentów. W przypadku belki lub słupka o swobodnie zamocowanych końcach, przy obciążeniu równomiernie rozłożonym na długości elementu, rozstaw otworów jest następujący; Li = 7,5%, L₂ = 10%, L₃ = 17,5%, L₄ = 30%, przy długości elementu pomiędzy podporami = 100%. Kolejne przedziały liczone są od skrajnej podpory do następnej podpory.

Rozmieszczenie śrub 4a, 4b i tulei 3 po długości wynika ze sposobu obciążenia elementu i wielkości sił wewnętrznych od miarodajnych kombinacji obciążeń. Generalną zasadą jest zagęszczanie rozstawu tulei 3 w kierunku podpór elementu.

Wykaz oznaczeń na rysunku:

- profil zewnętrzny,

1a - ścianka od strony zewnętrznej,

B - ścianka od strony wewnętrznej,

1c - otwór o mniejszej średnicy w zewnętrznej ściance 1a profilu 1,

1d - otwór o większej średnicy w wewnętrznej ściance 1 b profilu 1,

- profil wewnętrzny,

2a - ścianka od strony zewnętrznej,

2b - ścianka od strony wewnętrznej,

2c - otwór o mniejszej średnicy w zewnętrznej ściance 2a profilu 2,

2d - otwór o większej średnicy w wewnętrznej ściance 2b profilu 2.

Claims (8)

1. Element konstrukcyjny przegrody metalowo-szklanej, zawierający dwa profile metalowe o zamkniętym przekroju prostokątnym oraz uszczelki obejmujące obustronnie krawędzie przegrody szklanej, znamienny tym, że w ściankach wewnętrznych (1b, 2b, 9b, 10b) profili metalowych (1, 2, 9, 10) ma otwory (1d, 2d), w których osadzona jest tuleja (3), a w ściankach zewnętrznych (1a, 2a, 9a, 10a) profili (1,2, 9,10) ma otwory (1c, 2c, 2e) o mniejszej średnicy niż otwory w ściankach wewnętrznych, współosiowe z otworami większymi, przy czym w otworach w ściankach zewnętrznych i otworze w tulei (3) jest osadzona śruba (4a, 4b), a długość tulei (3) jest tak dobrana, że po dokręceniu nakrętki (12a, 12b) zapewniony jest efekt poprzecznego sprężenia elementu konstrukcyjnego, przy zachowaniu użytecznej grubości uszczelek i grubości szyby.

2. Element, według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna średnica otworu w tulei (3) jest równa średnicy otworów mniejszych (1c, 2c, 2e) wykonanych w ściankach zewnętrznych (la, 2a, 9a, 10a).

3. Element, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że otwór w tulei (3) oraz niegwintowany trzpień śruby (4a, 4b) stanowią suwliwe skojarzenie.

4. Element, według zastrz. 1, znamienny tym, że długość niegwintowanej części śruby (4a) jest równa wysokości konstrukcyjnej (h) elementu.

5. Element, według zastrz. 1, znamienny tym, że otwór o mniejszej średnicy w ściance zewnętrznej (2a) profilu wewnętrznego (2) ma postać stożkowego gniazda (2e), o takiej samej zbieżności jak stożek nakrętki sprężającej (12b).

6. Element, według zastrz. 1, znamienny tym, że do profili (1,2), od strony ścianek wewnętrznych (1b, 2b) ma przymocowane listwy (8) z podłużnymi rowkami.

7. Element, według zastrz. 1, znamienny tym, że profile (9, 10) są wykonane z aluminium i na całej długości ścianki wewnętrznej (9b, 10b) posiadają podłużne rowki.

8. Element, według zastrz. 1, znamienny tym, że rozstaw otworów w profilach (1, 2, 9,10) jest zagęszczony w kierunku podpór.