Строительная система и способ возведения здания
CONSTRUCTION SYSTEM AND METHOD FOR BUILDING A STRUCTURE

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к строительной системе, предназначенной для возведения здания.
Изобретение также относится к способу возведения здания.
Известно, что возведение зданий основано на использовании металлокаркасной конструкции. Например, металлический каркас может обеспечивать преимущества, заключающиеся в повышенной прочности, огнестойкости и универсальности архитектурного проекта. К металлическому каркасу прикрепляют теплоизоляционный слой, располагаемый либо снаружи металлического каркаса, либо между металлическими профилями, образующими указанный каркас.
Проблема, связанная с металлокаркасными конструкциями, заключается в том, что обычно они предназначены для простой замены деревянной каркасной конструкции металлическими компонентами. Стоимость строительства является относительно высокой из-за использования дорогостоящих материалов, при этом для монтажа здания требуется квалифицированный персонал и специальное оборудование. Соответственно, технология строительных работ считается в целом непригодной для индивидуального жилищного строительства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту может быть предложена строительная система, предназначенная для возведения здания и содержащая набор готовых элементов, причем элемент содержит самонесущую изоляционную панель, содержащую жесткий изоляционный материал и имеющую две прямолинейные и параллельные краевые поверхности, а также наружную и внутреннюю поверхности, металлический каркас, содержащий пару вспомогательных рам, при этом первая вспомогательная рама прикреплена к первой краевой поверхности, а вторая вспомогательная рама прикреплена ко второй краевой поверхности изоляционной панели, причем вспомогательная рама проходит вдоль длины изоляционной панели, при этом поперечное сечение по длине вспомогательной рамы содержит крепежное плечо, проходящее вдоль соответствующей краевой поверхности, и вставную часть, расположенную в указанном крепежном плече под углом относительно него и входящую в изоляционный элемент, а также коробчатую конструкцию, которая расположена дистальным образом относительно вставной части и стенки и углы которой образуют закрытую или частично открытую конфигурацию, причем коробчатая конструкция отходит от крепежного плеча и расположена на наружной поверхности или внутренней поверхности изоляционной панели, при этом строительная система содержит соединительный элемент, длина которого по меньшей мере по существу равна длине вспомогательной рамы и поперечное сечение которого содержит два плеча и соединительную часть, соединяющую указанные два плеча, при этом указанное поперечное сечение имеет в целом форму U-образного профиля, и в процессе использования соединительный элемент расположен на вспомогательных рамах двух смежных элементов, при этом указанные плечи расположены с противоположной стороны указанных двух вспомогательных рам и обеспечивают совместное удерживание вспомогательных рам смежных элементов.
Таким образом, может быть обеспечена строительная система, отличающаяся простотой монтажа.
Согласно другому аспекту может быть предложен способ возведения здания, включающий соединение двух готовых элементов, описанных выше, путем приведения противоположных краевых поверхностей указанных элементов в контакт друг с другом, прикрепление друг к другу вспомогательных рам готовых элементов, расположение соединительного элемента в соответствии с вышеприведенным описанием на вспомогательных рамах и прикрепление соединительного элемента к вспомогательным рамам.
Таким образом, может быть обеспечен способ быстрого и простого создания несущей и изолированной конструкции.
Указанные конструкция и способ отличаются признаками, изложенными в отличительных частях независимых пунктов формулы изобретения. Некоторые другие варианты выполнения отличаются признаками, изложенными в других пунктах формулы изобретения. Варианты выполнения изобретения также раскрыты в описании и чертежах данной заявки на патент. Объем изобретения, описанного в данной заявке, также может быть сформулирован иначе, чем в приведенной ниже формуле изобретения. Объем изобретения также может быть образован несколькими отдельными изобретениями, особенно если изобретение рассматривается в свете явных указанных или подразумеваемых подзадач или с учетом достигаемых преимуществ или групп преимуществ. В этом случае некоторые из признаков, содержащихся в приведенной ниже формуле изобретения, могут оказаться излишними в свете идей отдельных изобретений. В рамках основной идеи изобретения признаки различных вариантов выполнения изобретения могут использоваться в других вариантах выполнения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Некоторые варианты выполнения, иллюстрирующие данное изобретения, более подробно показаны на прилагаемых чертежах, на которых:
фиг. 1 изображает схематический вид фрагмента строительной системы для возведения здания,
фиг. 2а-2h изображают схематические виды сверху вариантов выполнения вспомогательных рам конструкции,
фиг. 3a-3g изображают схематические виды сверху вариантов выполнения соединительных элементов конструкции, и
фиг. 4 изображает схематический вид сверху конструкции на этапе сборки.
Для ясности некоторые варианты выполнения показаны на чертежах в упрощенном виде. Аналогичные элементы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг. 1 изображен схематический вид фрагмента строительной системы для возведения здания. Система 100 содержит набор готовых элементов 1, которые соединяют вместе для образования стены, пола, крыши или потолка здания. Таким образом, в одном варианте выполнения готовый элемент 1 представляет собой стеновой элемент. В другом варианте выполнения готовый элемент 1 представляет собой элемент пола. В третьем варианте выполнения готовый элемент 1 представляет собой потолочный элемент.
Элемент 1 содержит самонесущую изоляционную панель 2, содержащую жесткий теплоизоляционный материал и имеющую две прямолинейные и параллельные краевые поверхности 6а, 6b, а также наружную и внутреннюю поверхности 8, 9.
Согласно одному аспекту материал изоляционной панели 2 содержит по меньшей мере один из следующих материалов: полиизоцианурат (PIR), полиуретан (PUR) и экструдированный полистирол (XPS), - или другой жесткий изоляционный материал. В одном варианте выполнения изоляционная панель 2 имеет однородную структуру и материал, например жесткий пенопластовый изоляционный материал, от ее наружной до внутренней поверхности.
В одном варианте выполнения изоляционная панель 2 имеет форму прямоугольника. Размеры элемента 1 могут составлять, например, 1200 мм (ширина) × 3000 мм (высота). Согласно идее изобретения ширина элемента выбирается в диапазоне от 300 мм до 2400 мм, а высота - от 600 мм до 15000 мм. В одном варианте выполнения толщина изоляционной панели выбрана в диапазоне от 100 мм до 300 мм, а толщина изоляционной панели является равномерной от ее первой краевой поверхности до другой краевой поверхности.
Элемент 1 также содержит металлический каркас 3, содержащий пару вспомогательных рам: первую вспомогательную раму 7а, прикрепленную к первой краевой поверхности 6а, и вторую вспомогательную раму 7b, прикрепленную ко второй краевой поверхности 6b изоляционной панели 2. В одном варианте выполнения вспомогательная рама 7а, 7b проходит вдоль всей длины изоляционной панели 2, то есть длина вспомогательной рамы составляет 100% длины изоляционной панели. Однако указанная длина может быть существенно больше, в одном варианте выполнения длина изоляционной панели 2 составляет 80-99% длины вспомогательной рамы 7а, 7b.
В еще одном варианте выполнения вспомогательная рама 7а, 7b существенно длиннее изоляционной панели 2, так что металлический каркас 3 обеспечивает возможность прикрепления двух или более изоляционных панелей 2 друг к другу.
В одном варианте выполнения изоляционная панель 2 существенно длиннее вспомогательной рамы 7а, 7b, так что верхний край панели проходит над верхними концами вспомогательных рам. Указанная выступающая часть может составлять, например, 100-500 мм или 20% от длины изоляционной панели. В одном варианте выполнения выступающая часть имеет такую же толщину, что и остальная часть изоляционной панели. В другом варианте выполнения выступающая часть выполнена более тонкой, например, имеет толщину 50-100 мм. Преимущество, обеспечиваемое указанной выступающей частью, заключается в том, что она обеспечивает изоляцию подпотолочного пространства над помещением, а также может использоваться для ограничения указанного пространства в случае применения в нем рыхлой ваты, такой как рыхлая минеральная вата.
В одном варианте выполнения вспомогательная рама 7а, 7b выполнена из гнутого листового металла, толщина которого составляет от 0,5 мм до 3 мм. Вспомогательный профиль 25 также может быть выполнен из аналогичного материала. Указанный материал может содержать, например, сталь. В одном варианте выполнения сталь представляет собой самоупрочняющуюся сталь, такую как сталь марки DP780/980. Преимущество заключается в том, что элемент хорошо выдерживает высокие нагрузки, при этом нагрузки, превышающие предел текучести материала, поглощаются при деформациях конструкции. Однако сталь также может быть выбрана из группы обычных конструкционных сталей.
В одном варианте выполнения вспомогательная рама 7а, 7b прикреплена к изоляционной панели 2 с помощью клеевого слоя 22. Клеевой слой может быть расположен между крепежным плечом 10 вспомогательной рамы и соответствующей краевой поверхностью 6а, 6b и/или между коробчатой конструкцией 12 вспомогательной рамы и соответствующей поверхностью изоляционной панели. Вставная часть 11 также может быть приклеена к изоляционной панели 2.
В одном варианте выполнения металлический каркас 3 или по меньшей мере его поверхности, подлежащие склеиванию, имеют специальную поверхность, которая повышает адгезию клея. Прочность клеевого соединения предпочтительно определяется когезионной прочностью клея, а не адгезией клея к поверхности. Указанная специальная поверхность может быть создана путем нанесения пассивирующего цинкового покрытия, нанесения грунтовочного покрытия, путем обработки средством, не оставляющим отпечатков пальцев, или с помощью процесса активации, такого как обработка коронным разрядом или пламенем.
Вспомогательные рамы 7а, 7b прикрепляют к изоляционной панели 2 на этапе изготовления элемента 1. Клей может представлять собой, например, полиуретан (PUR) или силил-модифицированный полимер (SMP). Преимущество SMP заключается в том, что в процессе склеивания не выделяется никаких потенциально опасных веществ.
Согласно одному аспекту между наружной поверхностью 8 и крепежным плечом 10 расположен слой изоляционной панели, толщина которого составляет по меньшей мере 20 мм, предпочтительно по меньшей мере 70 мм. Преимущество заключается в том, что могут быть обеспечены хорошие изоляционные свойства стены/потолка/пола.
Строительная система 100, изображенная на фиг. 1, дополнительно содержит соединительный элемент 4, длина которого по меньшей мере по существу равна длине вспомогательной рамы 7а, 7b. В другом варианте выполнения соединительный элемент 4 существенно короче вспомогательной рамы 7а, 7b, например, составляет 80% от длины вспомогательной рамы.
При соединении двух элементов 1 соединительный элемент 4 расположен на вспомогательных рамах 7а, 7b двух смежных элементов 1. Соединительный элемент 4 обеспечивает совместное удерживание вспомогательных рам 7а, 7b смежных элементов 1.
В одном варианте выполнения металлический каркас 3 содержит по меньшей мере один вспомогательный профиль 25, прикрепленный к готовому элементу 1 между двумя вспомогательными рамами 7а, 7b. Вспомогательный профиль 25 может воспринимать нагрузку и обеспечивать опору для облицовочных или фасадных панелей, прикрепленных к строительной системе 100. Вспомогательный профиль может быть прикреплен к элементу 1 при изготовлении элемента 1 или на месте работ по возведению здания.
На фиг. 2а-2h изображены схематические виды сверху вариантов выполнения вспомогательных рам конструкции.
Поперечное сечение (поперечное относительно длины рамы) вспомогательной рамы 7а, 7b содержит крепежное плечо 10, проходящее вдоль соответствующей краевой поверхности 6а, 6b, и вставную часть 11, которая расположена в указанном плече под углом, предпочтительно под прямым углом, относительно плеча 10. Вставная часть 11 входит в изоляционный элемент 2 с обеспечением тем самым прикрепления вспомогательной рамы к изоляционному элементу.
Поперечное сечение вспомогательной рамы 7а, 7b также содержит коробчатую конструкцию 12, расположенную дистальным образом относительно вставной части 11. В одном варианте выполнения длина коробчатой конструкции 12 немного меньше длины вспомогательной рамы 7а, 7b. В частности, это имеет место в тех вариантах выполнения, в которых коробчатые конструкции 12 служат для поддержания поперечного верхнего каркасного элемента 28, который изображен на фиг. 1 и верхняя поверхность которого должна соответствовать тому же уровню, что и верхний конец вспомогательных рам.
Коробчатые конструкции 12 принимают на себя в основном вертикальные нагрузки, действующие на строительную систему 100.
В одном варианте выполнения по существу по всей длине вспомогательной рамы 7а, 7b ее поперечное сечение содержит крепежное плечо 10, вставную часть 11 и коробчатую конструкцию 12. В другом варианте выполнения на определенном участке (участках) длины вспомогательной рамы 7а, 7b отсутствует по меньшей мере одно из крепежного плеча 10 и вставной части 11.
Коробчатая конструкция 12 имеет стенки 13 и углы 14, образующие закрытую или частично открытую конфигурацию. Коробчатая конструкция 12 отходит от крепежного плеча 10 и расположена на наружной поверхности 8 или на внутренней поверхности 9 изоляционной панели 2.
В одном варианте выполнения поперечное сечение коробчатой конструкции 12 представляет собой открытую конструкцию. Некоторые варианты выполнения показаны на фиг. 2а и 2b. Преимущество заключается в том, что указанная конструкция является легкой и простой в изготовлении.
В другом варианте выполнения поперечное сечение коробчатой конструкции 12 представляет собой закрытую конструкцию. Некоторые варианты выполнения показаны на фиг. 2с-2h. Преимущество заключается в том, что указанная конструкция может выдерживать высокие нагрузки.
В варианте выполнения с закрытой конструкцией коробчатая конструкция 12 закрыта клеевым слоем 22, сварным соединением 23 и/или крепежным элементом 24. Крепежный элемент 24 может представлять собой, например, винт, заклепку и т.д.
В одном варианте выполнения коробчатая конструкция 12 имеет по меньшей мере три угла 14, если смотреть с ее конца. В одном варианте выполнения коробчатая конструкция 12 имеет по меньшей мере четыре угла 14, если смотреть с ее конца. В одном варианте выполнения коробчатая конструкция 12 имеет по меньшей мере пять углов 14, если смотреть с ее конца. Преимущество заключается в том, что чем больше число углов, тем выше жесткость конструкции.
В одном варианте выполнения крепежное плечо 10 является прямолинейным, если смотреть с его конца. В другом варианте выполнения крепежное плечо 10 имеет по меньшей мере один изгиб 5, если смотреть с конца плеча, и краевая поверхность 6а, 6b изоляционной панели соответствует по форме крепежному плечу 10, при этом изгиб 5 может иметь, например, по меньшей мере три угла. В другом варианте выполнения крепежное плечо 10 имеет гофрировки. Преимущества данных вариантов выполнения заключаются в повышении жесткости и образовании большей поверхности для склеивания.
Углы 14 и изгибы 5 придают жесткость конструкции строительной системы 100. Кроме того, они могут образовывать шпунтовые крепежные средства в местах соединения двух элементов 1.
В одном варианте выполнения вставная часть 11 расположена на дистальном конце крепежного плеча 10. Преимущество этого заключается в том, что расстояние до коробчатой конструкции 12 является максимальным, и жесткость элемента 1 может быть доведена до оптимальной.
В одном варианте выполнения вставная часть 11 расположена в крепежном плече 10 под углом (А), составляющим 90°. Преимущество этого заключается в том, что вставная часть 11 легко вдавливается в материал изоляционной панели, а также может быть увеличена прочность элемента.
В одном варианте выполнения вставная часть 11 имеет гофрировки. Преимущество этого заключается в повышении жесткости и образовании большей поверхности для склеивания.
На фиг. 3a-3g изображены схематические виды сверху вариантов выполнения соединительных элементов конструкции.
Соединительный элемент 4 имеет по меньшей мере по существу такую же длину, что и вспомогательная рама 7а, 7b. В одном варианте выполнения длина соединительного элемента 4 составляет по меньшей мере 80% длины вспомогательной рамы 7а, 7b. Поперечное сечение соединительного элемента 4 имеет два плеча 15а, 15b и соединительную часть 16, соединяющую указанные два плеча, при этом поперечное сечение в целом имеет форму U-образного профиля. Соединительный элемент 4 обеспечивает совместное удерживание вспомогательных рам 7а, 7b смежных элементов 1.
Ширина соединительного элемента 4 имеет размеры, обеспечивающие возможность его прикрепления к двум смежным вспомогательным рамам 7а, 7b. В одном варианте выполнения указанная ширина находится в диапазоне 150-350 мм.
Глубина соединительного элемента 4 такова, что плечи 15а, 15b обеспечивают надлежащее крепление вспомогательных рам 7а, 7b. В одном варианте выполнения глубина находится в диапазоне 30-150 мм.
Согласно аспекту изобретения соединительный элемент 4 состоит из одного компонента 17, который показан на фиг. 1 и длина которого по меньшей мере по существу равна высоте вспомогательной рамы 7а, 7b. Преимущество заключается в том, что может быть обеспечена очень прочная комбинация из вспомогательных рам и соединительного элемента.
Согласно другому аспекту изобретения соединительный элемент 4 состоит из нескольких компонентов 17, которые при использовании расположены последовательно на вспомогательных рамах 7а, 7b двух смежных элементов 1. Преимущество заключается в том, что манипулирование более короткими компонентами соединительного элемента может быть упрощено.
В одном варианте выполнения имеется один или более вторых соединительных элементов 20, которые при использовании расположены на элементе (элементах) 4 с образованием, таким образом, многослойной конструкции из соединительных элементов. Преимущество заключается в том, что конструкция может быть легко приведена в соответствие со строительными нормативами.
В одном варианте выполнения вспомогательная рама 7а, 7b и соединительный элемент 4, а также вторые соединительные элементы 20, если таковые предусмотрены, имеют отверстия 21, которые показаны на фиг. 1 и которые при использовании образуют проходящий через них поперечный проход. Преимущество заключается в том, что в строительной системе могут быть легко расположены любые кабели, трубы, воздуховоды, осуществляющие необходимые в здании функции.
В одном варианте выполнения соединительный элемент 4 имеет скошенную часть 26, расположенную на свободном конце по меньшей мере одного из плеч 15а, 15b. Преимущество заключается в том, что может быть облегчен монтаж соединительного элемента.
Согласно одному аспекту соединительный элемент 4 образует совместно со вспомогательными рамами 7а, 7b многослойную конструкцию, которая эффективно предотвращает скручивание и изгиб, характерные для металлических профилей.
На фиг. 4 изображен схематический вид сверху конструкции на этапе сборки.
Согласно способу возведения здания соединяют набор готовых элементов 1, описанных в данном документе, и создают, таким образом, нужную стену, пол, крышу или потолок здания.
Согласно одному аспекту используемая при сооружении стены строительная система 100 содержит поперечный нижний элемент 27, который показан на фиг. 1 и на котором возводят готовые элементы 1. В одном варианте выполнения указанный нижний элемент представляет собой стальной L-образный профиль. Нижний элемент предпочтительно имеет такие размеры, что он не доходит до плоскости наружной поверхности 8 изоляционной панели 2. Таким образом, могут быть сохранены изоляционные свойства элемента 1.
Кроме того, строительная система 100 может содержать поперечный верхний каркасный элемент 28, расположенный наверху коробчатой конструкции 12, а в некоторых случаях также на крепежном плече 10 и вставной части 11. Верхний каркасный элемент 28 может представлять собой, например, стальной L-образный профиль и иметь размеры в соответствии с теми же принципами, которые описаны выше применительно к нижнему элементу.
Согласно способу два готовых элемента 1 соединяют путем приведения противоположных краевых поверхностей 6а, 6b указанных элементов в контакт друг с другом. Затем вспомогательные рамы 7а, 7b готовых элементов 1 прикрепляют друг к другу. В одном варианте выполнения вспомогательные рамы 7а, 7b прикрепляют друг к другу с помощью клеевого слоя 22. Преимущество заключается в том, что конструкция становится еще более жесткой и прочной.
Клей, используемый в клеевом слое 22, может представлять собой, например, силил-модифицированный полимер (SMP).
Клеевой слой 22 также может быть расположен в покрывающем элементе, таком как лента, на одной или обеих его поверхностях. Покрывающий элемент может иметь мягкий и/или эластичный базовый слой. В одном варианте выполнения покрывающий элемент покрывает все поверхности контакта между вспомогательными рамами 7а, 7b. Контактирующие поверхности между элементами 1, не имеющими покрывающего элемента, могут быть выполнены со слоем пены, подаваемой со стороны наружной поверхности 8 системы.
Клеевой слой 22 может быть расположен на всех контактирующих поверхностях, где вспомогательные рамы 7а, 7b соприкасаются друг с другом. В другом варианте выполнения выбраны подобласти, которые покрыты клеевым слоем 22. Кроме того, для прикрепления вспомогательных рам 7а, 7b друг к другу отдельно или вместе с клеем могут использоваться крепежные элементы 24, такие как винты.
После соединения вспомогательных рам 7а, 7b или после их прикрепления на указанных рамах располагают соединительный элемент 4 и прикрепляют его к ним.
В одном варианте выполнения соединительный элемент 4 прикрепляют к вспомогательным рамам 7а, 7b с помощью клеевого слоя. В данном случае клей также может содержать, например, силил-модифицированный полимер (SMP). При этом отдельно или вместе с клеем также могут использоваться крепежные элементы, такие как винты.
Жесткие изоляционные панели 2 поддерживают вспомогательные рамы 7а, 7b и предотвращают их деформации, в результате чего готовые элементы 1 хорошо выдерживают даже избыточные нагрузки.
В одном варианте выполнения поперечное сечение коробчатой конструкции 12 имеет первую выступающую часть 18, которая проходит вбок по направлению к поверхностям 9, 10 изоляционной панели и расположена на расстоянии от указанных поверхностей. Кроме того, первая выступающая часть 18 расположена на той поверхности коробчатой конструкции 12, которая обращена от краевой поверхности 6а, 6b, от которой отходит крепежное плечо 10. Аналогичным образом, соединительный элемент 4 имеет вторые выступающие части 19, которые соответствуют по форме первым выступающим частям 18 вспомогательных рам 7а, 7b. Взаимодействие первой и второй выступающих частей 18, 19 обеспечивает систему фиксации на основе формы между двумя вспомогательными рамами 7а, 7b и соединительным элементом 4. Преимущество заключается в возможности простого контроля правильности сопряжения между вспомогательными рамами и соединительным элементом.
Изобретение не ограничено только описанными выше вариантами выполнения, и возможно внесение различных изменений в рамках объема идеи изобретения, определяемой нижеприведенной формулой изобретения. В рамках объема идеи изобретения признаки различных вариантов выполнения и применения могут использоваться совместно с признаками другого варианта выполнения или применения или вместо них.
Чертежи и связанное с ними описание предназначены исключительно для иллюстрации идеи изобретения. Изобретение может отличаться деталями в рамках объема идеи изобретения, изложенной в нижеприведенной формуле изобретения.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1 готовый элемент
2 изоляционная панель
3 металлический каркас
4 соединительный элемент
5 изгиб
6а, 6b краевая поверхность
7а, 7b вспомогательная рама
8 наружная поверхность
9 внутренняя поверхность
10 крепежное плечо
11 вставная часть
12 коробчатая конструкция
13 стена
14 угол
15а, 15b плечо соединительного элемента
16 соединительная часть
17 компонент соединительной части
18 первая выступающая часть
19 вторая выступающая часть
20 второй соединительный элемент
21 отверстие
22 клеевой слой
23 сварное соединение
24 крепежный элемент
25 вспомогательный профиль
26 скошенная часть
27 нижний элемент
28 верхний каркасный элемент
100 строительная система
А угол между крепежным плечом и вставной частью