МОДУЛЬНЫЙ КАРКАС ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к модульному объемно-каркасному строительству и может быть использована в малоэтажном домостроении для возведения жилых домов, общественных зданий и сооружений.
В настоящее время в связи с постоянно возрастающей стоимостью энергоносителей все более актуальной в строительстве становится проблема энергоэффективности строящихся малоэтажных жилых зданий.
В связи с многообразием климатических зон в России для эффективного теплосбережения жилого здания нужны различные требования к конструкции его стен и перекрытий в зависимости от региона строительства. Решающим фактором при строительстве малоэтажного жилья все больше становится выбор таких конструкций стен и перекрытий, которые обеспечивают энергоэффективность будущего жилья.
Известно энергоэффективное малоэтажное здание по патенту на полезную модель №110793 [1], которое выполнено в виде конструктивной системы, включающей фундамент, наружные и внутренние стены, перекрытия, сформированные на базе многослойных строительных панелей, скрепленных между собой и смонтированных на фундаменте. Многослойная строительная панель включает внутренний каркас, выполненный в виде рамы, содержащей перфорированные металлические профили, наружную и внутреннюю листовую обшивку, соединенную с рамой, и размещенный внутри панели утеплитель, выполненный из тепло- и звукоизоляционного материала. В качестве утеплителя панель содержит слой засыпного карбамидного пенопласта.
В известном энергоэффективном малоэтажном здании [1] не предусмотрено выполнение стен и утеплителя с размерами в зависимости от заданной величины тепосопротивления стен в конкретной климатической зоне.
Известно модульное здание по патенту на полезную модель №86634 [2], в котором достигнуто улучшение его эксплуатационных характеристик, в том числе обеспечение эффективной теплоизоляции (отсутствие "мостиков холода"), пожаробезопасности, коррозионной стойкости. Несущий каркас выполнен из металлического профиля и является фиксирующим элементом для рамной конструкции из деревянного бруса, на которой закреплены внутренняя и внешняя обшивки потолка, стен и пола, при этом все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода и закрыты утеплителем. Концы брусьев снабжены технологическими выступами и пазами для обеспечения плотного соединения брусьев в раму. При этом рамная конструкция выполнена из соснового бруса сечением 150×50 мм. В качестве утеплителя используют целлюлозный утеплитель эковату. Внешние стены выполнены из ориентированно-стружечной плиты OSB, внутренние стены - из фанеры. Для обеспечения огнестойкости несущих конструкций используют обшивки из гипсокартонных или гипсоволокнистых листов. Покрытие днища модуля выполняется из влагостойкой фанеры 15-18 мм.
В известном модульном здании [2], выполненном малоэтажным, также не предусмотрено конструктивное выполнение стен и параметры утеплителя в зависимости от заданной величины тепосопротивления стен в климатической зоне.
Известно малоэтажное здание модульной конструкции по патенту на полезную модель №105652 [3], содержащее несущий каркас из металлического профиля, являющегося фиксирующим элементом для рамной конструкции из деревянного бруса, на которой закреплены внутренняя и внешняя обшивки стен, перекрытия потолка и пола, потолочное перекрытие первого этажа и перекрытие пола второго этажа выполнены из древесного материала и разделены воздушным зазором при помощи распорного элемента, при этом в качестве распорного элемента использован обвязочный брус. Техническим результатом заявленной полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик малоэтажного здания модульной конструкции, а именно: повышение звукоизоляции, теплосбережения, экологичности, долговечности и прочности конструкции. Известное техническое решение также не предусмотривает конструктивное выполнение стен и параметры утеплителя в зависимости от заданной величины тепосопротивления стен в определенном климатическом районе.
По совокупности признаков модульное здание по патенту №86634 [2] принято в качестве наиболее близкого аналога.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного технического решения, является создание модульного каркаса малоэтажного здания с конструкцией стен, обусловленной климатическими условиями региона, обладающими высокими теплоизоляционными свойствами, и образованных из элементов, не выделяющих вредных для организма человека и окружающей среды веществ.
Предлагаемая полезная модель расширяет арсенал технических средств, предназначенных для использования в малоэтажном строительстве.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем
Модульный каркас здания, содержащий несущий каркас, внешние и внутренние обшивки и расположенный между ними утеплитель, потолок, пол, крышу и инженерные коммуникации, согласно полезной модели состоит из двух контуров, причем внешний контур содержит каркас, выполненный из деревянного бруса, образующего жесткую пространственно-замкнутую систему, на котором закреплена внешняя обшивка потолка, стен и пола, а внутренний контур содержит каркас в виде стоек из металлического профиля, на которых закреплена внутренняя обшивка, причем расстояние S между внешней и внутренней обшивками связано с коэффициентом теполопроводности Кт утеплителя и нормируемым региональным тепловым сопротивлением для стен и перекрытий соотношением:
S=Rp·Кт, где
Rp - нормируемое региональное тепловое сопротивление для стен или перекрытий, строящегося дома;
Кт - коэффициент теплопередачи, применяемого утеплителя.
При этом каркасная конструкция выполнена из соснового бруса сечением 50×100 мм.
При этом концы брусьев снабжены технологическими выступами и пазами для обеспечения плотного соединения брусьев в раму.
При этом в качестве стоек металлического каркаса используют трубу прямоугольного профиля.
При этом все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода и закрыты утеплителем.
При этом в качестве утеплителя используют целлюлозный утеплитель эковату.
При этом для обеспечения огнестойкости несущих конструкций используют обшивки из гипсокартонных или гипсоволокнистых листов.
При этом внешние стены выполнены из ориентированно-стружечной плиты OSB.
При этом покрытие днища модуля выполнено из влагостойкой фанеры 18-20 мм.
При этом металлический каркас модуля имеет антикоррозийное покрытие.
Заявляемый модульный каркас поясняется фигурой 1 - схема заявляемого каркаса.
Заявляемый модульный каркас здания (фиг.1) содержит несущий каркас 1, внешние 4 и внутренние 6 обшивки и расположенный между ними утеплитель 7, а также потолок, пол, крышу и инженерные коммуникации (не показаны).
Модульный каркас содержит два контура - внешний и внутренний. Внешний контур содержит несущий каркас 1, выполненный из деревянного бруса, и образующий жесткую рамную конструкцию. Внешний контур выполняет две функции: ограждение от внешних воздействий и силовой каркас, воспринимающий вертикальные нагрузки. Он состоит из вертикальных стоек 3, выполненных их деревянного бруса сечением, например, 50×100 мм. Брусья снабжены технологическими выступами и пазами, которые обеспечивают возможность плотного соединения брусьев в раму. Полученная рама по всему периметру не имеет зазоров, что позволяет получить единое замкнутое пространство для укладки утеплителя.
Внешняя обшивка 4 каркаса может быть выполнена из ориентированно-стружечной плиты OSB (или ОСП). Преимуществами использования плиты OSB являются: повышенная прочность; способность удерживать шурупы и гвозди у OSB приближена к натуральному древесному массиву (физико-механические показатели у OSB выше в 2,5 раза, чем у ДСП); стабильность формы; устойчивость к погодным условиям: уникальные влагостойкие свойства плит OSB позволяют плите выполнять роль водонепроницаемого барьера, препятствуя проникновению влаги; долговечность; хорошая звукоизоляция; высокая эстетичность в отделке помещений (Интернет-pecypc. www.belhouse.net). Лист OSB выбирается толщиной не менее 12 мм.
Внутренний контур состоит из металлического каркаса в виде стоек 8 из металлического профиля, например, прямоугольного сечения с размерами 80×40×3 мм.
Стойки 8 жестко соединены с нижним 9 и верхним 2 поясами рамы, в свою очередь жестко соединенными с вертикальными стойками 3 рамы (фиг.1).
На стойках 8 закреплена внутренняя обшивка 6, например, в виде листов гипсокартона, толщиной 12 мм.
Расстояние S (м) между внешней и внутренней обшивками стены здания согласно заявляемой полезной модели определяют в зависимости от региона и коэффициента теплопроводности Кт утеплителя соотношением по формуле (см. СНиП 23-02-2003 Строительные нормы и правила Российской Федерации, тепловая защита зданий):
S=Rp·Кт, где
2
град
Rp - нормируемое региональное тепловое сопротивление для стен (мС/Вт).
Кт - коэффициент теплопроводности утеплителя (Вт/м·К).
Таким образом, появилась возможность более точного определения ширины стены строящегося здания, обладающего наиболее эффективным теплосбережением, в конкретной климатической зоне страны.
Снаружи и изнутри каркас облицован листовым материалом, образуя внутреннее пространство, в котором могут быть расположены инженерные коммуникации. Внутренняя 4 и внешняя 6 обшивки служат для герметизации внутреннего пространства стены. Расстояние S между ними выбрано с учетом климатической зоны и вида утеплителя. Внутреннее пространство заполняют утеплителем 7. В качестве эффективного утеплителя используют, например, листовой целлюлозный утеплитель - эковату. Эковата - экологически чистый целлюлозный материал, обладающий высокой тепло- и звукоизолирующей способностью, высокой биостойкостью (Интернет-ресурс. Википедия). Утеплитель 7 укладывают в полости между внешним и внутренним контурами модуля влажным способом с применением клея. Такая конструкция стены обеспечивает практически 100%-ное теплосбережение.
Все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода, т.к. снаружи закрыты брусом и утеплены слоем утеплителя, в зависимости от региона эксплуатации, что полностью исключает «мостики холода».
Внутренняя обшивка 6 для обеспечения огнестойкости несущих конструкций выполнена из гипсокартона или ГВЛ. Покрытие 12 днища модуля выполнено из влагостойкой фанеры 18-20 мм. Дополнительно днище покрывают противогрибковой краской.
Металлический каркас модуля имеет антикоррозийное покрытие.
Модульные здания с модульным каркасом по полезной модели строят в виде секций, или модулей: 95% здания готовят на заводе, а остальные 5% - на строительной площадке.
Процесс сборки в цехе осуществляют следующим образом. Собирают нижнюю панель пола- балки 9 перекрытия пола, например, шириной 3,5 м. Деревянные рамы внешнего контура каркаса 1 устанавливают с шагом 50 см. На балки перекрытия пола устанавливают предварительно собранный металлический каркас 8, который по ширине обеспечивает необходимый зазор между внешней и внутренней обшивкой, определяемый с учетом нормируемого регионального теплового сопротивления и вида утеплителя. Поскольку внутренняя обшивка монтируется на металлокаркасе 8 внутреннего контура, то, выполнив расчет по формуле S=Rp·Кт, определяют размер толщины стены S, по которому и устанавливают стойки металлокаркаса 8. При этом нет никаких изменений технологических операций и не требуется перестройка линии сборки объемных модулей
На смонтированный таким образом каркас сверху укладывают верхний обвязочный брус 2 рамы, который образует потолочные перекрытия, придавая жесткость каркасу, который может служить основанием для межэтажного перекрытия. Части рамы и металлического каркаса скрепляют болтовым соединением, что также способствует усилению конструкции, исключая деформации. В собранный каркас устанавливаются элементы коммуникаций, согласно планировочных решений. После обшивки каркаса модуля листами ГКЛ и OSB и укладки утеплителя, приступают к внутренней отделки модуля. Устанавливаются двери, окна и ведется отделка стен, укладка полового покрытия и потолка.
Изготовленный на заводе модуль транспортируют на стройплощадку, где ведут окончательную сбору здания.
Примеры конкретного выполнения приведены для наглядности в сравнении размера стены с использованием утеплителя эковаты и стены из кирпича с бетонным перекрытием.
Для дома из кирпича с бетонным перекрытием, чтобы обеспечить равные энергосберегающие параметры с домом, где в качестве утеплителя применена эковата, надо иметь рассчитанные толщину стены из кирпича и толщину перекрытия из бетона. Так, например, в условиях Краснодарского края кирпичная стена должна быть толщиной 1,57 м.
Размер стены модульного каркаса:
1. Для районов крайнего Севера, Верхоянск:
Утеплитель эковата
2
град
S=5,6 мС/Вт*0,04 Вт/м·К=0,22 м; для перекрытий S=5,75*0,04=0,23 м
Конструкция из кирпича и бетона:
кирпич
2
S=5,6 мCград/Вт*0,67 Вт/м·К=3,7 м;
бетон
для перекрытия S=5,75*0,18=1 м.
2. Для средней полосы РФ:
Утеплитель эковата
2
град
S=3,2 мС/Вт*0,04 Вт/м·К=0,13 м; для перекрытий S=4,2*0,04=0,17 м.
Конструкция из кирпича и бетона;
кирпич
град
бетон
2
S=3,2 мС/Вт*0,67 Вт/м·К=2,1 м; для перекрытий S=4,2*018=0,76 м.
3. Для Юга России:
Утеплитель эковата
2
град
S=2,35 мС/Вт*0,04 Вт/м·К=0,094 м; для перекрытий S=3,13*0,04=0,125 м.
Конструкция из кирпича и бетона:
кирпич
град
2
S=2,35 мС/Вт*0,67 Вт/м·К=1,57 м;
бетон
для перекрытий S=3,13*0,18=0,56 м.
Примеры даны в отношении утеплителя - эковаты. Специалисту в данной области будет понятно, что зная коэффицент теплопередачи для строительного материала и региональное сопротивление теплоплотерь, можно определить размер стен строящегося здания, обеспечивающих энергосберегающие параметры
Улучшение эксплуатационных характеристик, а именно обеспечение эффективного теплосбережения в заявляемой полезной модели достигается за счет выбора размера стен здания с учетом теплопроводности утеплителя и климатической зоны строительства здания. Кроме того, усиление теплоизоляции (отсутствие "мостиков холода") достигается за счет плотной деревянной рамной конструкции, полностью закрывающей металлический каркас; применения эффективного целлюлозного утеплителя-эковаты.
Кроме этого, модульный каркас образован из элементов, не выделяющих вредных для организма человека и окружающей среды веществ: дерево, металл, экологичный утеплитель.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент на полезную модель №110793 Энергоэффективное малоэтажное здание (Опубликовано: 27.11.2011).
2. Патент на полезную модель №86634. Модульное здание (Опубликовано 10.09.2009) - наиболее близкий аналог.
3. Патент на полезную модель №105652. Малоэтажное здание модульной конструкции (Опубликовано: 20.06.2011)