МОДУЛЬНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
MODULAR CONSTRUCTION SYSTEM

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
Предлагаемое изобретение относится к поставленной на промышленную основу системе строительства зданий с деревянной каркасной конструкцией.
В частности, предлагаемое изобретение относится к строительной системе, эксплуатационные параметры которой обеспечивают возможность наращивания в высоту конструкций из одинаковых компонентов на большое количество уровней (перекрытий) без применения опорных конструкций.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
На предшествующем уровне техники уже известны деревянные строительные системы, количество их базовых разновидностей равно трем, и каждая из них имеет свои достоинства и недостатки.
Известна технология сборки стен, выполненных из клееной сплошной древесины, при которой из сборных узлов из лесоматериала малого сечения в виде переплетенных слоев собирают непрерывные деревянные панели. Получаемые по такой технологии панели используются для заполнения несущей конструкции или же в качестве несущей конструкции согласно конкретным стандартам сборки.
Известны также стоечно-балочные конструкции, технология использования которых предусматривает сборку структур из лесоматериала большого сечения в перекрытия, их распределение на вертикальные элементы (стойки) и горизонтальные элементы (балки), а также соединяющие их элементы, и прилагаются необходимые усилия для строительства зданий, применяются облицовочные плиты и стеновые панели всей оболочки здания, при этом для несущей стоечно-балочной конструкции могут применяться связи-стяжки.
Наконец, известны также здания с деревянной каркасной конструкцией, а именно, здания, стенные панели которых образованы из вертикальных деревянных стоек, для получения панели прикрепленных к нижней направляющей и верхней направляющей. Панель образована из этой связанной конструкции одной или двумя связывающими панелями, прикрепленными к этой конструкции. Полученные таким образом панели используются для заполнения несущей конструкции либо в качестве несущей конструкции согласно конкретным стандартам сборки.
Эти деревянные стенные каркасы могут быть размещены на промежуточных перекрытиях или на стоечно-балочных конструкциях.
Упоминавшиеся выше верхняя и нижняя направляющая имеют несколько механических и структурных функций, а именно:
- прикрепление и удержание стоек на желаемом расстоянии между ними,
- закрепление нижней направляющей для удержания панели в выровненном положении и при реактивных нагрузках,
- прикрепление верхних строительных элементов к верхней направляющей панели.
Нижняя и верхняя направляющие обеспечивают возможность сшивать материал системы связей жесткости у нижнего и верхнего краев панели.
Однако известные строительные системы с деревянной каркасной конструкцией имеют ограничения. Так, нижняя и верхняя направляющие для панели деревянной каркасной конструкции принимают на себя нагрузку, несомую каждой стойкой в направлении, перпендикулярном волокнам древесины.
Древесина выдерживает намного большие удельные (на единицу площади) нагрузки, если они действуют по направлению волокон, по сравнению с нагрузками, действующими перпендикулярно волокнам, результатом чего является разрушение направляющих или элементов из сплошной древесины по горизонтальным волокнам при точечных реактивных нагрузках.
Обычно известная каркасная система с переносом нагрузки на дерево с горизонтальными волокнами позволяет поддерживать здания с деревянной каркасной конструкцией до уровня R+2, то есть, три уровня, а свыше этого существует риск точечного разрушения этого сплошного дерева, которое достигает конструктивного предела.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Целью предлагаемого изобретения является создание предварительно изготавливаемой строительной системы с деревянной каркасной конструкцией, являющейся транспортабельной и обладающей хорошей укладываемостью по вертикали без применения несущей конструкции и без ограничения количества уровней, которые могут быть выстроены.
Модульная строительная конструкция согласно предлагаемому изобретению характеризуется тем, что она представляет собой строительную систему, в которой каркас здания выполнен из нескольких предварительно изготовленных узлов (модулей), собранных как конструкция из одинаковых компонентов, наращенная в высоту, и тем, что каждый из упомянутых узлов представляет собой деревянную каркасную конструкцию, содержащую последовательность вертикальных стоек, разнесенных на стандартизованные расстояния, при этом упомянутые вертикальные стойки простираются по всей высоте между перекрытиями, при этом каждая из упомянутых вертикальных стоек стены на этаже N+1 опирается непосредственно на вертикальную стойку уровня N, в то время как сборочные единицы, направленные поперечно к этим вертикальным стойкам, и (или) сборочные единицы на элементах, установленных между вертикальными стойками, выполняют функции удержания и связывания этих вертикальных стоек.
При таком решении допустимая реактивная нагрузка на одну вертикальную стойку намного выше, так как нет деревянных элементов с горизонтальными волокнами, которые принимали бы на себя нагрузку, поэтому нет и разрушения.
Нет необходимости в опорах для принятия нагрузки, как в стоечно-балочной системе, со стандартной деревянной каркасной конструкцией, вертикальными секциями и пространственными решениями, классами конструкций согласно действующему законодательству.
Согласно другому варианту модульной строительной системы согласно предлагаемому изобретению она характеризуется тем, что представляет собой строительную систему, в которой каркас здания выполнен из нескольких предварительно изготовленных узлов, собранных как конструкция из одинаковых компонентов, наращенная в высоту, и тем, что каждый из упомянутых узлов представляет собой деревянную каркасную конструкцию, содержащую последовательность вертикальных стоек, простирающихся по всей высоте между перекрытиями, и тем, что каждая из упомянутых вертикальных стоек стены на уровне N+1 опирается на вертикальную стойку уровня N после установления между ними прокладочного элемента, способного обеспечить передачу реактивных нагрузок и выполненного из материала или композита из нескольких материалов, который выбран таким образом, что обеспечивается поддержание его механических свойств под напряжениями нагрузки от этажа или этажей, расположенных выше, в то время как сборочные единицы, направленные поперечно к этим вертикальным стойкам, и (или) сборочные единицы на элементах, установленных между вертикальными стойками, выполняют функции удержания и связывания этих вертикальных стоек.
Упомянутые прокладочные элементы, выполненные из одного материала, например, металла, или из композита из нескольких материалов, могут служить также в качестве крепежных средств.
Разумеется, их природа и размерные характеристики выбираются и рассчитываются в зависимости от характеристик здания, а именно, от нагрузок, которым они могут быть подвергнуты. Это исключает сплошную древесину, которая, как говорилось выше, может достичь конструктивного предела сжатия, что сопряжено с риском точечного разрушения.
Эти элементы могут представлять собой листы или профили, например, из уголкового железа, хотя их материал не ограничивается металлом. Кроме того, они могут быть выполнены из таких материалов, как бетон (армированный или неармированный), полимерный материал (армированный или неармированный волокном), преобразованная древесина, связанная или клееная промышленная древесина, ламинированная промышленная древесина (вид древесины выбирается исходя из требуемых характеристик сжатия), полимерные материалы или материалы, полученные из биологического сырья с основой из полимерных или природных связующих, черные или цветные металлы, композиты из нескольких из перечисленных выше материалов, при этом одни из них обеспечивают прочность на сжатие или сдвиг, другие - прочность на кручение, или же один из материалов композита может быть выбран, например, из соображений огнестойкости.
Возможны такие решения, при которых вертикальная стойка не приходится точно на соответствующее вертикальное протяжение верхнего и (или) нижнего уровня. Назначение этих элементов состоит в обеспечении компенсации сдвига в продольном направлении стены.
Согласно еще одному признаку предлагаемой строительной системы, вертикальные стойки связаны на нижней горизонтальной балке, которая предназначена для удержания ригелей пола.
Согласно еще одному признаку предлагаемой строительной системы, вертикальные стойки связаны на верхней горизонтальной балке, которая предназначена для удержания потолочных балок или стропил.
Согласно еще одному признаку предлагаемой строительной системы, вертикальные стойки удерживают потолочные балки или стропила непосредственно.
Предварительно изготовленные узлы предназначены для наложения друг на друга в высоту, а наборы из наложенных друг на друга узлов могут быть помещены рядом, что может быть осуществлено многими различными способами, например (но не только), между продольными балками и продольными балками, между продольными балками и брусьями, между продольными балками и вертикальными стойками, между вертикальными стойками и вертикальными стойками, между вертикальными стойками и брусьями и т.д.
Признаки и преимущества строительной системы согласно предлагаемому изобретению станут ясны из последующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых проиллюстрировано несколько вариантов осуществления предлагаемого изобретения, которыми не ограничивается его объем.
Краткое описание прилагаемых графических материалов
На фиг. 1 в аксонометрии схематично показана конструкция, выполненная в соответствии со строительной системой согласно предлагаемому изобретению.
На фиг. 2 в аксонометрии схематично показан вариант той же конструкции.
На фиг. 3 в аксонометрии схематично показан еще один вариант конструкции, выполненной в соответствии со строительной системой согласно предлагаемому изобретению.
На фиг. 4 на частичном виде в аксонометрии схематично показан еще один вариант конструкции, выполненной в соответствии со строительной системой согласно предлагаемому изобретению.
Подробное описание предлагаемого изобретения
На фиг. 1 показана конструкция, выполненная в соответствии со строительной системой согласно предлагаемому изобретению.
Эта конструкция содержит два наложенные друг на друга модуля 1, имеющие идентичное строение.
Каждый модуль 1 содержит вертикальные стойки 2, которые параллельны друг другу и находятся на заданном расстоянии друг от друга, образуя несущую стену, при этом заданное расстояние может быть обеспечено, например, с помощью проставок (не показаны).
В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения вертикальные стойки 2 одной и той же стены модуля 1 связаны в нижней части с помощью горизонтальной балки 3, а две горизонтальные продольные балки 3 противоположных стен удерживают ригели пола 4, в то время как вертикальные стойки 2 этих двух стен в своей верхней части удерживают потолочные балки 5.
Кроме того, каждая стена укреплена внутренней рамой жесткости 20 и (или) наружной рамой жесткости 21.
Эти модули могут быть любого вида, они рассчитываются таким образом, чтобы была гарантирована связность конструкции модуля, достаточная для транспортировки и последующего использования в качестве компонента здания.
Согласно предлагаемому изобретению, верхний модуль 1 размещен на нижнем модуле 1 при непосредственном упоре каждой из вертикальных стоек 2 модуля 1 торцом в торец вертикальной стойки 2 модуля 1, находящегося под ним. Таким образом, вертикальные стойки 2 от уровня к уровню являются продолжениями друг друга без размещения между ними древесины с горизонтальной ориентацией волокон, которая принимала бы на себя нагрузку, и поэтому нет риска разрушения.
На фиг. 2 иллюстрируется вариант осуществления предлагаемого изобретения, в котором вертикальные стойки 2 той же стены связаны в верхней части на горизонтальной балке 50, которая поддерживает потолочные балки 5.
На фиг. 3 показан другой вариант осуществления конструкции согласно предлагаемому изобретению. Таким образом, каждая из вертикальных стоек 2 верхнего модуля 1 не упирается торцом в торец вертикальной стойки 2 нижнего модуля 1 непосредственно, а между ними размещен прокладочный элемент 6, выполненный из подходящего материала или из композита из нескольких материалов, выбранного из соображений сохранения своих механических свойств при воздействии напряжений от веса верхнего модуля или модулей, и имеющего форму, например (но не только), листа.
В зависимости от механических свойств упомянутых прокладочных элементов 6 возможно решение, предусматривающее сдвиг вертикальных стоек 2 нижнего модуля 1 относительно вертикальных стоек 2 верхнего модуля 1, при этом прокладочные элементы 6 обеспечивают возможность переноса нагрузки и выбираются таким образом, чтобы они противостояли напряжениям сжатия и сдвига, порождаемым зданием.
Следует заметить, что в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения два наложенных друг на друга модуля 1 имеют две общих горизонтальных балки 30, которые для нижнего модуля 1 служат в качестве верхних продольных балок, а для верхнего модуля 1 - в качестве нижних продольных балок, и общий каркас перекрытия из ригелей 40, которые для нижнего модуля 1 служат в качестве потолочных балок, а для верхнего модуля 1 - в качестве ригелей пола.
На фиг. 4, которая относится к тому же варианту осуществления предлагаемого изобретения, можно видеть, что, с одной стороны, прокладочные элементы 6, расположенные между торцами вертикальных стоек 2 нижнего модуля 1 и торцами вертикальных стоек 2 верхнего модуля 1, выполнены в виде уголковых профилей (это решение не является ограничивающим объем предлагаемого изобретения), а с другой стороны, соединение различных компонентов конструкции осуществлено с помощью соединительных элементов С.
Безотносительно к рассмотренным вариантам осуществления предлагаемого изобретения, строительная система согласно предлагаемому изобретению обеспечивает возможность создания строительных конструкций без ограничения количества уровней.