Объёмный модуль здания

Заявляемая полезная модель «Объемный модуль здания» относится к области строительства, а именно к конструктивным модулям, обладающим высокой степенью сборности, и может быть использована в качестве основного элемента при создании строительных конструкций сборно-разборных зданий, трансформируемых из плоскости в пространство.
Известен блок-контейнер, содержащий раму основания и раму потолка, выполненные из несущих профилей, соединенные между собой угловыми стойками (см. заявку на изобретение №92001631/03, МПК Е04В 1/348, 1/343, опубл. 1998 г.).
Недостатком известного технического решения является низкая прочность, а также низкие технические и эксплуатационные возможности.
Данный недостаток обусловлен тем, что рамы основания и потолочного перекрытия выполнены недостаточно жесткими, а также не содержат утеплителя и деревосодержащих покрытий, и, кроме того, имеют низкую надежность сборности и вариабельности возводимых сооружений.
Известен блок-модуль, описанный в патенте РФ на полезную модель №16239, МПК Н04Н 1/12, опубл. 10.12.2000), включающий каркас, содержащий раму основания и раму потолка, выполненные из несущих профилей, соединенных между собой угловыми стойками, между которыми установлены стеновые панели, рама крыши выполнена трансформируемой при помощи шарнирного соединения одной из сторон рамы крыши с соответствующей стороной рамы потолка блок-модуля.
Недостатком известного технического решения являются, низкие эксплуатационные и технические возможности, низкая прочность, сложность изготовления и трудоемкость монтажа, низкая надежность сборности и вариабельности возводимых сооружений.
Данные недостатки обусловлены тем, что изготовление и монтаж известного блок-модуля сложен, поскольку рама крыши выполняется трансформируемой при помощи шарнирного соединения одной из сторон рамы крыши с соответствующей стороной рамы потолка, что не обеспечивает жесткости, кроме того, рама потолка не обеспечивает долговечности и надежности из-за отсутствия дополнительных элементов жесткости, конструктивные составляющие известного блок-модуля не обеспечивают сборности и вариабельности возводимых сооружений.
Известен, принятый за прототип, трансформируемый объемный модуль здания, описанный в патенте на полезную модель №126026, МПК Е041/348, опубл. 20.03.2013, включающий каркас, содержащий выполненную из металлических балок прямоугольного сечения, связанных между собой посредством ребер жесткости и уголковых гнезд, прямоугольную раму основания и раму потолочного перекрытия, соединенных между собой, с возможностью разъема, угловыми вертикальными стойками, причем уголковые гнезда связаны крепежными элементами с нижними концами угловых вертикальных стоек, выполненных из гнутого металлического профиля, связанных своими верхними концами, посредством крепежных элементов, с рамой потолочного перекрытия, оснащенной ребрами жесткости, удерживающей внешнее металлическое и внутреннее деревосодержащее покрытия с утеплителем между ними и электрокоммуникациями, а основание содержит утеплитель, расположенный между деревосодержащим покрытием и дополнительно установленным металлическим листом, жестко закрепленным на внутренних боковых сторонах рамы основания, причем в качестве утеплителя используется полиуретан, а в качестве наружной обшивки потолочного покрытия используются стальные листы, при этом потолочное перекрытие оснащено вытяжной и приточной вентиляцией, а деревосодержащее покрытие в потолочном перекрытии выполнено из ламинированной древесностружечной плиты.
Недостатком известного технического решения являются низкие эксплуатационные возможности, переувлажнение теплоизоляции основания и повышенная пожароопасность.
Данный недостаток обусловлен тем, что конструктивные особенности известного блок-модуля имеют большую металлоемость основания и низкую надежность основания, в частности деревосодержащего покрытия, в связи с переувлажнением теплоизоляции возведимых сооружений в холодное время года, а также высокая пожароопасность, особенно в пожароопасное время года, весной и летом.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель «Объемный модуль здания», является повышение эксплуатационных возможностей за счет снижения металлоемкости, получаемых объемных модулей, а также повышение надежности за счет предотвращения пожароопасности и переувлажнения теплоизоляции.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационных возможностей за счет снижения металлоемкости получаемых объемных модулей, и повышение надежности за счет снижения пожароопасности конструкций возводимых сооружений и снижения переувлажнения теплоизоляции основания.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном объемном модуле здания, включающем каркас, содержащий выполненную из металлических балок прямоугольную раму основания, связанную посредством угловых вертикальных стоек, с возможностью разъема, с рамой потолочного перекрытия аналогичной формы, удерживающей внешнее металлическое и внутреннее деревосодержащее покрытия с утеплителем между ними, с установленными в потолочном перекрытии вытяжной и приточной вентиляцией и электрокоммуникациями, согласно полезной модели, рама основания выполнена из жестко связанных между собой, посредством метизов и угловых фитинговых элементов, металлических балок, имеющих П-образное сечение, и ребер жесткости, на внутренних боковых поверхностях рамы основания, выполненной из упомянутых металлических балок, имеющих П-образное сечение, жестко закреплен металлический лист, на котором расположен утеплитель, в качестве которого используется минераловатный утеплитель и утеплитель из полиизоцианурата с пароизоляцией, над которыми расположено деревосодержащее покрытие, причем полое пространство, упомянутых металлических балок П-образного сечения, образующих раму основания, заполняется утеплителем, в качестве которого используется полиизоцианурат.
Между отличительными признаками заявляемой полезной модели «Объемный модуль здания» и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от аналогов и прототипа использование в предлагаемой полезной модели «Объемный модуль здания», совокупности признаков, в виде соединения рамы основания с рамой потолочного перекрытия, с возможностью их разъема, угловыми вертикальными стойками, и выполнения рамы основания прямоугольной формы в виде жестко связанных металлических балок П-образного прямоугольного сечения, значительно позволяет снизить вес основания, не снижая жесткости рамы основания, увеличенной на большие пролеты, а также позволяет дополнительно утеплить, непосредственно, раму основания по средству увеличения швеллера и исключить дополнительные мостики холода основания. Связь с нижними концами угловых вертикальных стоек, металлических балок П-образного прямоугольного сечения, из которых состоит рама основания, значительно облегченных и утепленных, в отличие от балок основания прямоугольного сечения объекта-прототипа, и дальнейшая связь верхних концов вертикальных стоек с рамой потолочного перекрытия, повышает, в совокупности всех признаков, не только эксплуатационные и технические качества заявляемого объекта, но также значительно резервирует надежность, упрощая конструкцию объемного модуля здания в целом, и снижая трудоемкость за счет снижения веса рамы основания, одновременно увеличивая при этом утепление, непосредственно рамы основания, по средством увеличения швеллера и всей плоскости основания, заполненного утеплителем, в качестве которого используется минераловатный утеплитель и пожаробезопасный утеплитель из полиизоцианурата с пароизоляцией, что, дополнительно к тому, что утепляют основание объемного модуля здания, одновременно, повышает надежность, и вариабельность возводимых сооружений. Использование заявляемой полезной модели, именно с такой, совокупностью, признаков, в составе которых используются, не являющиеся пожароопасными материалы, такие как, полиизоцианурат, также способствует повышению эксплуатационных качеств, пожаробезопасности и надежности, будущего здания, возводимого из таких объемных модулей, как заявляемая полезная модель, дополнительно повышая надежность возводимых из таких объемных модулей сооружений. Таким образом, конструкция предложенного объемного модуля здания, представляющего собой прямоугольный каркас, состоящий из плоских, связанных вертикальными стойками, с возможностью разъема, рамы основания и рамы потолочного перекрытия прямоугольной формы, позволяет получать из множества аналогичных прямоугольных каркасов сборно-разборные пространственные конструкции различного типа, имеющие различные объемные формы.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах и прототипе заявленной полезной модели «Объемный модуль здания», позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными совокупности всех существенных признаков заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели «Объемный модуль здания» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявляемой полезной модели «Объемный модуль здания», изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию "новизна".
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели «Объемный модуль здания» совокупности условий в том виде, как заявляемая полезная модель охарактеризована в формуле полезной модели, т.е. подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения, способного обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно повышения эксплуатационных возможностей за счет снижения металлоемкости основания, в частности рамы основания и дополнительного утепления рамы основания и получаемых объемных модулей. Кроме того, за счет снижения пожароопасности конструкций возводимых сооружений и исключения увлажнения теплоизоляции, повышается надежность возводимых из предложенных конструкций объемных модулей зданий, следовательно, заявленная полезная модель «Объемный модуль здания» соответствует критерию "промышленная применимость".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в технологически нетрудоемком процессе возведения сооружений из аналогичных объемных модулей здания с получением технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных возможностей за счет снижения металлоемкости, получаемых объемных модулей, и повышения надежности за счет снижения пожароопасности конструкций возводимых сооружений и исключения увлажнения теплоизоляции, что также повышает вариабельность возводимых сооружений и позволяет экономически выгодно, быстро и надежно возводить сооружения, промышленного и культурного назначения, в отдаленных от промышленных центров регионах.
Сущность заявляемой полезной модели «Объемный модуль здания» поясняется примером конкретного выполнения, чертежами и фотографиями. На фиг. 1 изображен объемный модуль здания в собранном виде (фото); на фиг. 2 - чертеж основания объемного модуля здания; на фиг. 3 - чертеж основания объемного модуля здания, вид сбоку; на фиг. 4 - рама потолочного покрытия с подготовленным потолочным покрытием (фото); на фиг. 5 - часть рамы основания объемного модуля здания с утеплителем, деревосодержащим и финишным покрытием в разрезе (фото); на фиг. 6 - чертеж поперечного ребра жесткости рамы основания; фиг. 7 - часть рамы основания объемного модуля здания, соединенное, с возможностью разъема, в угловом фитинговом элементе с нижней частью угловой вертикальной стойки (фото); на фиг. 8 - часть потолочного покрытия объемного модуля здания, соединенного в угловом фитинговом элементе, с возможностью разъема, с верхней частью угловой вертикальной стойки (фото); на фиг. 9 - чертеж гнутого профиля сложного сечения рамы потолочного перекрытия; на фиг. 10 - чертеж угловой вертикальной стойки из гнутого профиля сложного сечения, в 3D формате; на фиг. 11 - чертеж угловой вертикальной стойки из гнутого профиля сложного сечения; на фиг. 12 - чертеж угловой вертикальной стойки вид с торца; на фиг. 13 - основание объемного модуля здания с установленными угловыми стойками (фото); на фиг. 14 - металлическая балка П- образного прямоугольного сечения рамы основания в разрезе (фото); на фиг. 15 - чертеж поперечного ребра жесткости рамы потолочного перекрытия; на фиг. 16 - рама потолочного перекрытия с ребрами жесткости (фото); на фиг. 17 - потолочное перекрытие (фото); на фиг. 18 - изображена конструкция объемного модуля здания в транспортном положении (фото).
Заявляемый объемный модуль здания выполнен в виде каркаса 1 (фиг. 1), который включает раму основания 2 прямоугольной формы, соединенную, с возможностью разъема, с рамой 3 потолочного перекрытия 4 аналогичной формы, с помощью угловых вертикальных стоек 5. Рама основания 2 прямоугольной формы выполнена из металлических балок 6 (фиг. 14) П-образного сечения (в виде швеллера), связанных между собой посредством ребер жесткости 7 (фиг. 6) и угловых фитинговых элементов 8 (фиг. 7), которые, в свою очередь, связаны метизами - крепежными элементами в виде болтовых соединений 9, с нижними концами 10 угловых вертикальных стоек 5, выполненных из гнутого металлического профиля сложного сечения. Угловые вертикальные стойки 5 связаны своими верхними концами 11, посредством угловых фитинговых элементов 8 и крепежных элементов (метизов) - болтового соединения 12, с выполненной из гнутого металлического профиля сложного сечения 13 (фиг. 9) рамой 3 потолочного перекрытия 4, которая оснащена ребрами жесткости 14 (фиг. 15 и фиг. 16). Рама 3 удерживает потолочное перекрытие 4 (фиг. 4), включающая внешнее металлическое покрытие 15, в качестве которого используются стальные листы, и внутреннее деревосодержащее покрытие 16 (фиг. 1), выполненное из ламинированной древесностружечной плиты, между которыми расположен утеплитель 17 (фиг. 4), в качестве которого используется минераловатный утеплитель и полиизоцианурат. В потолочном перекрытиии проведены электрокоммуникации 18 (фиг. 1), приточная вентиляция 19 и вытяжная вентиляция 20 (фиг. 17). Рама основания 2 жестко связана с металлическим листом 21 (фиг. 5), закрепленным с помощью сварки на ее (рамы) внутренних боковых сторонах 22 (фиг. 2), т.е. на сторонах металлических балок 6 П-образного сечения (в виде швеллера), образующих внутренний периметр рамы основания 2. На металлическом листе 21 расположен утеплитель 23 (фиг. 5), в качестве которого используется полиизоцианурат и минераловатный утеплитель, защищенный сверху и снизу пароизоляцией, над утеплителем 23 расположено деревосодержащее покрытие 24 (фиг. 5), в качестве которого используется древесностружечная плита, покрытая сверху финишным покрытием 25 (фиг. 5).
Подготовка объемного модуля здания в транспортное положение осуществляется следующим образом.
Раму 3 потолочного перекрытия 4 (фиг. 4) освобождают от вертикальных стоек 5 (фиг. 1, фиг. 12), исключив связи крепежных элементов - метизов, в виде болтового соединения 12 между верхними концами 11 (фиг. 8) вертикальных стоек 5 (фиг. 1, фиг. 12), связанных с прямоугольной рамой основания 2 (фиг. 2). С помощью крана убирают раму 3 и потолочное перекрытие 4 (фиг. 1) на монтажные тумбы, освобождая вертикальные стойки 5 и раму прямоугольного основания 2 от нагрузки. Затем раму прямоугольного основания 2 (фиг. 1, 2) освобождают от вертикальных стоек 5, сняв болтовое соединение 9 (фиг. 7). Вертикальные стойки 5 упаковывают в оберточный материал, укладывают на прямоугольное основание и фиксируют во избежание перемещения во время транспортировки. Далее к прямоугольной раме 2 основания жестко прикрепляются посредством крепежных элементов - метизов (болтовое соединение) нижние концы вертикальных стоек (транспортных стоек), верхние концы которых связывают болтовым соединением с рамой 3 потолочного перекрытия 4. Боковые проемы между рамами 2 и 3 закрываются фанерой (или транспортным картоном) (закрываются оцинкованным тонко листовым металлом и фиксируются по средством кровельных саморезов или на болтовым соединением) и (далее), фиксируются скотчем, а по периметру, в двух местах по длине, фиксируются транспортными лентами.
Применение предложенной полезной модели «Объемный модуль здания» позволит, одновременно, за счет снижения металлоемкости, снизить трудоемкость монтажа зданий и повысить утепление основания, при одновременном повышении пожаробезопасности и надежности, а также вариабельности возводимых сооружений. С учетом того, что конструкция предложенного объемного модуля здания представляет собой прямоугольный каркас, состоящий из плоских, связанных вертикальными стойками, с возможностью разъема рамы потолочного перекрытия прямоугольной формы и рамы основания, легко решается вопрос получения из множества аналогичных прямоугольных каркасов сборно-разборных пространственных конструкций различного типа, которые имеют различные объемные формы, что позволяет исключить техническую проблему, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, и достичь поставленный технический результат, т.е. повысить эксплуатационные возможности за счет снижения металлоемкости получаемых объемных модулей и повышения надежности за счет предотвращения пожароопасности и переувлажнения теплоизоляции конструкций возводимых сооружений.