СТРОИТЕЛЬНЫЙ БЛОК
BUILDING BLOCK

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным блокам для безрастворной кладки и возведения зданий, строений, сооружений и малых архитектурных форм.
Использование традиционных строительных блоков, кирпичей, растворов и конструкций приводит к известным ограничениям, связанным с современным строительством. Эти ограничения включают в себя: потребность в квалифицированной рабочей силе для достижения постоянного, воспроизводимого результата; ограничения в скорости, при которой ограничивающим фактором становятся требования к времени отверждения раствора и ограничения в несущей способности конструкции в связи с изменением жесткости соединения блоков между собой.
Использование бетонных сборных панелей получило распространение в последние годы, в попытке нивелировать некоторые из этих ограничений. Применение таких панелей имеет свои недостатки, в том числе трудности в адаптации панелей к определенному месту установки, а также необходимость механизации погрузки, перевозки и установки панелей.
Еще одной альтернативой традиционным системам строительства с использованием строительных блоков и кирпичной кладки, стали самофиксирующиеся строительные блоки.
Так из уровня техники известен строительный блок для построения внешней стены, содержащий твердое тело с передней, задней, двумя торцевыми, верхней и нижней поверхностями, а также множество выступов и выемок на верхней и нижней поверхностях для фиксации и выравнивания смежных блоков с образованием равномерных стыков, которые впоследствии заполняют раствором (см. патент US5934037, кл.  E04B2/08, опубл. 10.08.1999).
Из уровня техники известен строительный блок, который может быть использовано для возведения кладки без использования раствора. Строительный блок, выполнен в виде параллелепипеда и содержит три пары противоположных граней, включающих четыре боковых грани и две грани, являющиеся верхним и нижним основаниями, каждая из граней содержит множество элементов, образующих выступы и углубления, причем каждый элемент имеет форму правильной пирамиды со скругленными ребрами, и угол при вершине пирамиды между двумя противоположными гранями находится в пределах от 90 до 179,9 град., предпочтительно от 90 до 150, более предпочтительно от 90 до 120 и наиболее предпочтительно под углом 90 град. Выступы и углубления расположены в рядах и столбцах, причем на каждой грани параллелепипеда основания пирамид расположены в одной плоскости, являющейся гранью параллелепипеда, а соответствующие стороны оснований пирамид параллельны граням параллелепипеда, причем стороны основания пирамиды, образующей выступ, примыкают к соответствующим сторонам оснований смежных пирамид, образующих углубления. На боковых гранях параллелепипеда количество выступов в рядах и столбцах равно количеству углублений и их сумма в рядах и столбцах равна четному числу, так что соблюдается чередование выступов и углублений в рядах и столбцах на боковых гранях, а на верхнем и нижнем основаниях параллелепипеда ряды и столбцы расположены взаимно перпендикулярно, причем количество выступов в рядах и столбцах не равно количеству углублений и их сумма равна нечетному числу, причем сумма количества выступов и углублений в рядах равна сумме количества выступов и углублений в столбцах, так что обеспечивается чередование выступов и углублений в рядах и столбцах на основаниях параллелепипеда. Выступы и углубления на гранях блока обеспечивают совмещение четырех блоков, три из которых имеют попарно смежные грани, расположенные перпендикулярно друг другу и контактирующие по ребрам, а совмещение четвертого блока с указанными тремя осуществляется по линейной траектории, проходящей через точку соединения трех граней, под углом к каждой из боковых граней указанных трех блоков в диапазоне от 45 до 89,95 угловых град. (см. патент RU2660847, кл. E04B2/18, опубл. 13.01.2016).
Из уровня техники известен способ строительства без раствора фундамента и стен, включающий использование монтажных стержней, базирующихся на первом наборе механического крепления, согласно которому стену конструируют путем вертикальной укладки множества стеновых блоков на резьбовые стержни и их крепления с использованием механического крепления, при этом множество соединителей прикреплено к резьбовым стержням армирования стеновой конструкции, а множество стержней прикреплено к соединителям верхней части стен горизонтально, образуя сеть стержней, которые соединяют стенки (см. патент US8225578, кл. E04B1/38, опубл. 24.07.2012).
Преимуществом взаимофиксирующихся строительных блоков является то, что они в значительной степени самостоятельно занимают проектное положение и не требуют строительного раствора, что позволяет обеспечить быстрое возведение конструкций в основном неквалифицированной рабочей силой. Однако, все описанные строительные блоки и системы были разработаны с учетом конкретного промышленного назначения и не позволяют в широких пределах варьировать форму конечной конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является строительный блок, выполненный в виде многогранника, на каждой вертикальной и каждой горизонтальной грани которого образованы ответные выступы и выемки, входящие в зацепление с выступами и выемками смежных блоков (см. патент CN204919955, кл. E04B2/08, опубл. 30.12.2015). Известное устройство позволяет наращивать конструкцию не только в вертикальном, но и в двух горизонтальных направлениях, сохраняя при этом точность и прочность соединения. Однако, известное устройство не обеспечивает возможность дополнительного крепления блоков между собой и, вследствие этого, не может быть использовано для возведения конструкций сложной геометрии.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание строительного блока, который позволяет в короткие сроки возводить здания и сооружения без использования высококвалифицированной рабочей силы и привлечения механизации. Технический результат заключается в расширении ряда возможных вариантов крепления блоков между собой.
По первому варианту исполнения поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в строительном блоке, выполненном в виде многогранника, на каждой вертикальной и каждой горизонтальной грани которого образованы ответные выступы и выемки, входящие в зацепление с выступами и выемками смежных блоков, указанные выступы и выемки выполнены по форме усечённых конусов, вдоль осей которых в блоке выполнены преимущественно сообщающиеся друг с другом каналы. Каналы могут быть выполнены, по крайней мере в части блока.
На каждой вертикальной и каждой горизонтальной грани блока предпочтительно образовано, по меньшей мере, по четыре выступа или выемки. Выступы и выемки выполнены в виде усеченных конусов с углом не более 45°.
Строительный блок может быть выполнен в виде прямого параллелепипеда, Т-образным, L- образным.
Строительный блок может быть выполнен в виде множества кубов или параллелепипедов, или их комбинации, соединенных между собой и образующих единое целое многогранное изделие сложной геометрии.
Строительный блок может быть снабжен снабжён наклонными участками, размещёнными под углом 10 – 90 градусов с образованием крестообразной конструкции, при этом на торцах наклонных участков также образованы ответные выступы и выемки.
На краю вертикальных и/или горизонтальных граней могут быть образованы выемки по форме половины усечённого конуса, образующие в сборе с выемками смежных блоков полные конусы, при этом на поверхности указанных граней могут быть выполнены каналообразные углубления, образующие в сборе со смежными блоками каналы вдоль осей выемок. По углам вертикальных и/или горизонтальных граней могут быть образованы выемки по форме четверти усечённого конуса, образующие в сборе с выемками смежных блоков полные конусы, при этом вдоль рёбер указанных граней могут быть выполнены каналообразные углубления, образующие в сборе со смежными блоками каналы вдоль осей выемок.
Блок может быть снабжён вставками, установленными в выемках и формирующими выступы и частично входящими в соответствующие каналы.
Блок может быть снабжён вставками с каналами с возможностью установки в них крепежных элементов для скрепления блоков между собой.
По второму варианту исполнения поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в строительном блоке, выполненном в виде многогранника, на каждой вертикальной и каждой горизонтальной грани которого образованы выемки по форме цилиндров и/или усечённых конусов, вдоль осей которых в блоке выполнены каналы, по меньшей мере, в части указанных выемок установлены крепёжные элементы в виде дисков, с обеих сторон которых вдоль оси закреплены стержни, фиксируемые в указанных каналах смежных блоков.
Каналы в сечении выполнены в виде круга, овала, квадрата, прямоугольника, треугольника.
Из указанных строительных блоков может быть образована конструкции, замкнутая по периметру посредством совмещения четвертого блока с тремя соседними блоками по линейной траектории, проходящей через точку соединения трех граней, под углом к каждой из боковых граней, указанных трех блоков в диапазоне от от 1 до 89 град., предпочтительно под углом 45 град. угловых.
На фиг.1 представлен общий вид строительного блока (первый базовый вариант исполнения в виде куба с расположением выступов и выемок по четыре на каждой грани);
на фиг.2 – вариант исполнения с дополнительной пятой выемкой на одной грани;
на фиг.3 – второй базовый вариант исполнения только с углублениями на всех гранях (до установки крепёжных элементов);
на фиг.4 – то же в разрезе;
на фиг.5 – второй базовый вариант исполнения с пятью углублениями на всех гранях;
на фиг.6 – второй вариант исполнения с полувыемками и выточками на одной грани;
на фиг.7 – второй вариант исполнения с полу- и четвертьвыемками и выточками на всех гранях и рёбрах;
на фиг.8 – пример сборки конструкции из кубических блоков по первому варианту исполнения;
на фиг. 9 – вариант блока в форме параллелепипеда;
на фиг.10 – вариант блока Т-образной формы;
на фиг.11 – вариант блока с наклонными участками;
на фиг.12 – пример сборки конструкции из блоков с наклонными участками.
На фиг. 13 – пример образования конструкции путем совмещения четвертого блока с тремя соседними блоками по линейной траектории проходящей через точку соединения трех граней под углом (угол показан стрелкой)
По первому варианту предлагаемый строительный блок 1 выполнен в виде многогранника на каждой вертикальной и каждой горизонтальной грани которого образованы ответные выступы 2 и выемки 3 (по четыре или пять штук), входящие в зацепление с выступами и выемками смежных блоков. В зависимости от конечного проекта блок может быть выполнен по форме куба, прямого параллелепипеда, Т-образным или снабжён наклонными участками 4. В последнем случае блок выполнен в виде двух параллелепипедов, продольные оси которых размещены под углом 10 – 90°, соединенных крестообразно в виде одного целого. На торцах участков 4 также образованы ответные выступы 2 и выемки 3. Комбинация выступов 2 и выемок 3 может быть подобрана на каждой грани блока 1 заранее, либо под конкретное место его установки.
Выступы 2 и выемки 3 выполняют по форме усечённых конусов, вдоль осей которых в блоке выполнены сообщающиеся друг с другом каналы 5. На краю граней могут быть образованы выемки 6 по форме половины усечённого конуса, образующие в сборе с аналогичными выемками смежных блоков 1 полные конусы. При этом на поверхности соответствующих граней выполняют каналообразные углубления 7, образующие в сборе со смежными блоками 1 каналы вдоль осей выемок 6. Кроме того, по углам граней могут быть образованы выемки 8 по форме четверти усечённого конуса, образующие в сборе с выемками смежных блоков полные конусы. При этом вдоль рёбер этих граней выполнены каналообразные углубления 9, образующие в сборе со смежными блоками каналы вдоль осей выемок 8. Конусная поверхность выступов 2 и выемок 3, 6, 8 позволяет легко соединять блоки 1 между собой, обеспечивая при этом точное центрирование и объединение каналов 5 в единую сеть, которая в случае необходимости может быть за одну операцию заполнена фиксирующим материалом. Кроме того, сообщение каналов 5 между собой обеспечивает возможность использования сквозных шпилек различной модификации. Блок 1 так же может быть снабжён крепёжными элементами 10, установленными в выемках 3 и частично входящими в соответствующие каналы 5.
По второму варианту предлагаемый блок 1 не содержит выступов, в нём выполнены только выемки 3 по форме цилиндров и/или усечённых конусов, вдоль осей которых в блоке выполнены каналы 5. В части или во всех таких выемках 3 установлены крепёжные элементы 10 в виде дисков, с обеих сторон которых вдоль оси закреплены стержни, фиксируемые в указанных каналах 5 смежных блоков 1. В части дополнительных выемок 6, 8 и каналообразных углублений 7, 9 для этого варианта возможны те же модификации, что и для предыдущего.
Конструкцию из предлагаемых блоков возводят следующим образом.
Устанавливают первый блок 1 на перекрытие и монтируют последовательно следующие блоки. При установке совмещают боковую грань каждого последующего блока с боковой гранью предыдущего блока, при этом по первому варианту выступы 2 размещают в выемках 3 без зазора, так, чтобы получалась единая конструкция. По второму варианту блоки между собой соединяют при помощи крепёжного элемента 10, устанавливаемого в канал 5 и фиксирующего их положение. Для формирования наклонной балки используют блоки с наклонными участками 4. Компонуя блоки 1 между собой и соединяя их крепёжными элементами или фиксирующим материалом, собирают требуемую конструкцию. При этом блоки 1 укладывают относительно оси центра кладки по одному из направлений и наращивают без смещения.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществлять безрастворное возведение жёстко связанной кладки вертикального, наклонного, куполообразного, пирамидального и любого другого исполнения. Кроме того, блок имеет возможность прикрепления элементов отделки и различных коммуникаций в пазы на боковых гранях. При этом предлагаемая конструкция позволяет расширить ряд возможных вариантов крепления блоков между собой как просто за счёт сил тяжести и трения, так и с помощью локальных крепёжных элементов, шпилек, или их сочетания.