Автоматизированный способ возведения зданий из строительных блоков
AUTOMATED METHOD OF ERECTING BUILDINGS FROM BUILDING BLOCKS

Предлагаемое изобретение относится к автоматизированному строительству промышленных и гражданских зданий и сооружений, особенно при быстром возведении.
Известны способы возведения сборных и ленточных фундаментов и стен из кирпича и монолитных [Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции. Часть 2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1989 г.]. Монолитные стены возводят с применением переставной или скользящей опалубки. Стены из кирпича и блоков возводят ручным способом.
Недостатки аналога следующие:
- большая трудоемкость способа возведения монолитных фундаментов и стен зданий и сооружений, так как требуется монтаж и демонтаж опалубки;
- большая материалоемкость, возникающая при сооружении зданий;
- трудно автоматизировать процесс сооружения фундамента и стен.
Известен способ возведения стеновой кладки из строительных блоков [патент RU 2547889] с боковыми гранями, имеющими выступы и впадины для взаимодействия в ряду соответственно с впадинами и выступами стыкуемого строительного блока, заключающийся в размещении на опорной поверхности базового ряда связанных между собой кладочным раствором через боковые стороны с выступами и впадинами строительных блоков, укладке кладочного раствора сверху на строительные блоки базового ряда и размещении на базовом ряду следующего ряда связанных между собой кладочным раствором через боковые стороны с выступами и впадинами строительных блоков с повторением процесса укладки следующих рядов строительных блоков.
Указанный способ позволяет возводить здания и сооружения из крупноформатных керамических блоков-кирпичей, однако в нем не рассматриваются возможности автоматизации процесса строительства.
Известен автоматизированный способ возведения фундаментов и стен зданий и сооружений из блоков [патент RU 2532117], в котором автоматизация заключается в том, что для возведения фундамента и стен монтируют комплект оборудования, включающий узел приготовления пластичного бетона, бетононасосы и бетонопроводы, с помощью которых нагнетают бетонную смесь в податливую опалубку. При этом сетчатую податливую опалубку для каждого монолитного блока автоматизированно сшивают на швейной машинке из прочного тканого или вязаного на ткацком станке корда. Причем корд является внешней обоймой и арматурой. Фиксируют и напрягают пространственную форму гибкой податливой опалубки из корда каждого пластичного блока распорными и стягивающими фиксаторами. В соответствии с планом фундаментов и стен сооружения подготавливают грунтовое основание. Устанавливают в проектное положение первый ряд опалубок. Бетононасосом непрерывно нагнетают по шлангам бетонопроводов пластичный бетон в первый ряд опалубок и формируют пластичные блоки, армированные тканью корда. Силами гравитации выдавливается через сетчатую ткань корда цементный клей. Устанавливают второй ряд опалубок, перекрывая стыки пластичных блоков первого ряда. Устанавливают второй ряд опалубки, и бетононасосом нагнетают по бетонопроводам пластичный бетон и формируют второй ряд пластичных блоков, перекрывая стыки первого ряда. Продолжают наращивать высоту стен до проектной отметки. Укладывают арматурные пояса сооружения из прорезиненных лент, армированных стальным кордом, надежно склеивают пластичные блоки друг с другом цементным клеем, выдавленным через сетчатую ткань корда. Делают технологические перерывы для схватывания бетона и превращения пластичных блоков в прочные жесткие блоки. Монтируют перекрытие пола или потолка и формируют поверхность из пластичных блоков из теплого бетона с заполнителем, например из керамзита. Укладывают между рядами еще не схватившихся пластичных блоков арматурные пояса из лент, армированных стальным кордом, замкнутых по контуру сооружения, и армируют ими стены. Протыкают арматурными стержнями по вертикали верхние и нижние ряды пластичных блоков и надежно соединяют их друг с другом. Устанавливают в проектное положение блоки дверей и окон, раскладывают между ними податливые опалубки пластичных блоков из корда, перекрывая стыки, бетонируют простенки и надежно зажимают и фиксируют положение дверей и окон между податливыми пластичными блоками. Делают технологические перерывы для превращения пластичных блоков в прочные жесткие блоки, укладывают арматурные пояса сооружения, монтируют перекрытия и завершают строительство сооружения.
Указанный способ позволяет автоматизировать процесс возведения зданий и сооружений из пластичных блоков.
Недостатком способа является большой объем ручных операций, связанных с монтажом сетчатой податливой опалубки, арматурных поясов, блоков дверей и окон и вертикальных арматурных стержней, а также необходимость выполнения технологических перерывов для превращения пластичных блоков в прочные жесткие блоки.
Известен способ возведения зданий и сооружений, описанный в Интернет-ресурсе http://naked-science.ru/article/hi-tech/gigantskii-3d-printer-stroit-d, принятый за прототип в совокупности с со способом по патенту [RU 2532117], в котором устанавливают рельсы вдоль контура будущего здания, устанавливают на рельсы раму с закрепленным на ней роботизированным соплом, подают в сопло по бетонопроводу специальную бетонную смесь, которую накладывают слой за слоем по периметру и перегородкам здания по заранее намеченному компьютером плану. Из ручной работы остается установка проводки, коммуникаций, окон и дверей в подготовленные проемы и отделочные работы.
Указанный способ позволяет более существенно автоматизировать процесс возведения зданий и сооружений из бетонной смеси.
Недостатком является необходимость ручного труда при установке арматуры и креплении ее в узлах, невозможность выполнения виброобработки бетона, что скажется на характеристиках прочности зданий.
Предложенный способ направлен на уменьшение ручного труда, уменьшение времени строительства зданий и сооружений из блоков при соблюдении технологии работы со строительным материалом.
Технический результат изобретения заключается в повышении уровня автоматизации при возведении зданий и сооружений, с обеспечением при этом технологии строительства и требуемых технических характеристик зданий и сооружений.
Технический результат достигается тем, что в способе возведения зданий из строительных блоков, в котором на подготовленную поверхность рядами укладывают строительные блоки из бетона (для фундамента), газобетона или пенобетона (для стен), предварительно смазав связующим составом прилегающие поверхности блоков, укладывают между некоторыми рядами блоков арматурные пояса из лент, армированных стальным кордом, согласно изобретению строительные блоки, связующий состав, арматурные ленты подвозят на строительную площадку, располагают на площадке в местах, соответствующих алгоритму компьютерной программы, заложенной в управляющий модуль. Далее по алгоритму программы берут строительные блоки, связующий состав и арматурные ленты роботизированным манипулятором, который располагают на тележке с электроприводом, установленной на рельсах, подготавливают их и подают на транспортерную тележку с электроприводом и с регулируемой по высоте площадкой, которую располагают на рельсах, которые располагают вдоль других рельсов, уложенных с двух сторон строящегося здания. По другим рельсам электроприводом передвигают кран-балку, балку которого электроприводом перемещают вверх-вниз, а по балке передвигают электроприводом тележку с двумя роботизированными манипуляторами, один из которых смазывает через сопло связующим составом, который подают через шланг от емкости, установленной на кран-балке, прилегающие поверхности блоков, а второй берет емкости со связующим составом с транспортерной тележки и перемещает состав в емкость, установленную на кран-балке, берет подготовленные блоки и арматурные ленты с транспортерной тележки и укладывает их в стены здания. При этом управляют манипуляторами, передвигают их по балке, передвигают кран-балку по рельсам, передвигают балку вверх-вниз, передвигают тележки, подготавливают связующий состав, строительные блоки и арматурные ленты, подают их к манипулятору транспортерной тележкой по алгоритму компьютерной программы, заложенной в управляющий модуль.
Предварительно формируют проект здания, в соответствии с которым в компьютерной программе формируют последовательность действий и координаты расположения для каждого строительного блока, арматурной ленты и связующего состава.
Таким образом, предлагаемое изобретение имеет следующие общие признаки с прототипом:
1. На подготовленную поверхность рядами укладывают блоки;
2. Предварительно смазывают связующим составом прилегающие поверхности блоков;
3. Укладывают между некоторыми рядами блоков арматурные пояса из лент, армированных стальным кордом.
Предлагаемое изобретение имеет следующие отличия от прототипа:
1. Связующий состав, блоки и арматурные пояса из лент, армированных стальным кордом, укладывают роботизированными манипуляторами, которые передвигают по балке кран-балки, который передвигают по рельсам с двух сторон здания;
2. Блоки подготавливают, т.е. подрезают по размеру для мест, где типовой блок не входит, роботизированным комплексом, и подают к манипулятору тележкой, которую располагают на рельсах вдоль рельсов кран-балки;
3. Арматурные ленты подают к манипулятору тележкой, которую располагают на рельсах вдоль рельсов кран-балки;
4. Управляют манипуляторами, передвигают их по балке, передвигают кран-балку по рельсам, передвигают балку вверх-вниз, подготавливают связующий состав, блоки и арматурные ленты, подают их к манипулятору транспортерной тележкой с электроприводом по алгоритму компьютерной программы, заложенной в управляющий модуль.
Отличия от прототипа доказывают новизну заявляемого технического решения, охарактеризованного в формуле изобретения.
Новый подход обеспечивает повышение уровня автоматизации при возведении зданий и сооружений, с обеспечением при этом технологии строительства и требуемых технических характеристик зданий и сооружений, что подтверждает его соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость».
Способ поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена схема расположения элементов при строительстве здания (вид сверху);
на фиг. 2 представлена схема расположения элементов при строительстве здания (вид сбоку).
На фиг. 1 и 2 по сторонам здания 1 уложены рельсы 2, на которых на управляемых механизмом 3 колесах 4 установлен кран-балка 5, балка 6 которого передвигается вверх-вниз, на балке 6 с возможностью продольного передвижения расположена тележка 23 с роботизированным манипулятором 7 с захватом 8 для блоков 9, и с роботизированным манипулятором 10 с соплом 11 для подачи связующего состава 12 к поверхностям блоков 9 по шлангу 13 от емкости 14. Параллельно рельсам 2 расположены рельсы 15, на которых установлена транспортерная тележка 16 с подъемным механизмом 17, на управляемых механизмом 18 колесах 19 для подачи емкостей со связующим составом 12, подготовленных блоков 9 и арматурных лент 20 к манипулятору 7. Блоки 9 до нужных размеров и конфигурации подготавливает роботизированный комплекс 21, расположенный на рельсах 22, который роботизированным манипулятором берет строительные блоки 9, емкости со связующим составом 12 и арматурные ленты 20 с поддонов 9, 12 и 20.
Способ реализуют следующим образом.
Предварительно формируют проект здания, в соответствии с которым в компьютерной программе формируют последовательность действий и координаты расположения для каждого строительного блока, арматурной ленты и связующего состава. Это возможно, так как известны вес и размеры строительных компонентов.
Подготавливают ленточный бетонный с армированием фундамент и перекрытия пола первого этажа. Роботизированный комплекс 21 роботизированным манипулятором берет с поддона строительный блок 9, и если его не нужно подготавливать (преимущественно блоки идут без подготовки), то помещает его на транспортерную тележку 16. Подобные роботы манипуляторы описаны, например, в ресурсе Интернета http://anginka.info/robot/152#more-152. Если требуется подготовка, то в соответствии с алгоритмом компьютерной программы блок 9 приводят в нужное состояние - обрезают или вырезают канавки для укладки арматурной ленты 20. Тележку 16 по рельсам 15 на колесах 19 передвигают к соответствующему месту, определенному алгоритмом программы, которая воздействует на электропривод механизма 18. Тележка 23 с манипулятором 7 по балке 6 передвигается к транспортерной тележке 16 и захватом 8 берет строительный блок 9, далее тележка 22 передвигается к месту установки блока, где роботизированный манипулятор 11 по соплу 10 подает связующий состав 12 (специальный клей для газоблоков или пеноблоков) по шлангу 13 из емкости 14 на прилегающие поверхности блоков, а роботизированный манипулятор 7 укладывает блок в подготовленное место. Далее операции по укладке строительных блоков повторяются, пока не будет уложен полный ряд по периметру и перегородкам здания. При этом оставляются проемы для дверей и окон. Если блоки в ряду были подготовлены для укладки арматурной ленты, то далее выполняется та же последовательность операций по укладке арматурной ленты, что для строительных блоков, т.е. лента, свернутая в рулон, перемещается из поддона 20 на тележку 16, далее на манипулятор 7, который разворачивает рулон ленты на ряд уложенных блоков. При необходимости пополнения связующего состава в емкость 14 выполняется та же последовательность операций, что для строительных блоков, т.е. емкость со связующим составом 12 перемещается из поддона 12 на тележку 16, далее на манипулятор 7, который переливает состав в емкость 14. По мере укладки рядов балка 6 передвигается вверх, при этом площадка на транспортной тележке 16 поднимается механизмом 17 при передаче элементов манипулятору 7 и опускается при приеме элементов от комплекса 21.
Все механизмы на стройплощадке оборудованы электроприводами, которые управляются управляющим модулем, при этом сигналы управления можно передавать как по проводам, так и по радиосвязи, однако целесообразнее передавать по радиосвязи.
Учитывая, что вес строительного блока, арматурной ленты, емкости со связующим составом не превышает 100 кг, все элементы кран-балки, рельсы, тележки могут быть выполнены из алюминиевых сплавов, что позволит располагать их на стройплощадке без применения тяжелой техники.
Таким образом, при строительстве здания из строительных блоков может быть реализован высокий уровень автоматизации всех процессов с обеспечением при этом технологии строительства и требуемых технических характеристик зданий и сооружений.