ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ ОБЪЕМНЫЙ БЛОК - МОДУЛЬ ЗДАНИЯ
TRANSFORMABLE VOLUME BLOCK-MODULE OF BUILDING

Заявляемое изобретение «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» относится к области строительства, в частности к так называемым конструктивным модулям, обладающим упругой гибкостью и высокой степенью сборности, и может быть использовано в качестве основного элемента при создании несущих и ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений, преимущественно легких, сборно-разборных, трансформируемых из плоскости в пространство.
Известно сборное покрытие, представляющее собой строительный модуль [А.с. №939677, МПК Е04В 1/343, опубл. 27.11.1996), состоящий из однотипных прямоугольных секций, образующихся упругогибкими поперечными балками, трансформирующимися в арки, состоящими из шарнирно соединенных через наружные гибкие несущие пояса жестких элементов с вогнутыми торцами, образующие между смежными элементами полости, через которые пропущены перпендикулярно к балкам продольные ребра в виде жестких стержней с круглыми или овальными поперечными сечениями.
Недостатком известного строительного модуля является низкая надежность и ограниченность в трансформации конструкции модуля из плоскости в пространство, что увеличивает материальные и трудовые затраты, связанные с изготовлением различных типов конструктивных модулей и последующим монтажом из них несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Данный недостаток обусловлен тем, что очень сложно обеспечить жесткие узловые сопряжения продольных ребер с элементами поперечных балок из-за деформативности краев ее вогнутых торцов смежных элементов. В силу чего при трансформации в процессе образования из поперечных балок арок в полостях между смежными элементами возможны смещения по высоте пропущенных через них продольных цилиндрических стержней с последующим их закусыванием острыми краями торцов смежных элементов и поломкой от действия монтажных и эксплуатационных нагрузок. Все это не только затрудняет сборку, но снижает надежность конструкции в процессе ее эксплуатации.
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. в 1998 г.)
Недостатком известного технического решения являются низкие прочность, 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, также имеют низкую надежность сборности и вариабельности возводимых сооружений.
Известен также принятый за прототип объемный модуль промышленного здания, включающий панель основания, фермы, соединенные с панелью основания, имеющие шарнирную связь с возможностью складывания, причем панель основания выполнена из двух секций, соединенных с фермами по периметру с возможностью разъема, а фермы шарнирно связаны между собой. (См. Патент на изобретение №2018608, МПК Е04В 1/348, опубл. 30.08.1994.)
Недостатком известного технического решения являются высокая материалоемкость и трудоемкость монтажа, также низкая надежность сборности и вариабельности возводимых сооружений.
Данный недостаток обусловлен тем, что панель основания имеет большую материалоемкость, а шарнирная связь составляющих с большой материалоемкостью не обеспечивает надежности сборности и вариабельности возводимых сооружений.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение области применения за счет образования различных объемных форм зданий, повышение эксплуатационных и технических качеств, надежности, снижение трудоемкости монтажа зданий, получаемых на основе трансформируемых из плоскости в пространство объемных модулей.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение трудоемкости монтажа зданий, повышение эксплуатационных и технических качеств, надежности, сборности и вариабельности возводимых сооружений, снижение себестоимости транспортировки.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном трансформируемом объемном модуле здания, включающем основание, соединенное с возможностью разъема с вертикальными стойками, связанными со стеновым ограждением и потолочным перекрытием, согласно изобретению основание имеет прямоугольный каркас, на одной и более сторонах которого установлено стеновое ограждение, и содержит утеплитель, расположенный между деревосодержащим покрытием и металлическим листом, жестко закрепленны на боковых сторонах по внутреннему периметру каркаса, выполненного из жестко связанных ребрами жесткости балок прямоугольного сечения, соединенных между собой в местах пересечения посредством нижних уголковых гнезд, которые, в свою очередь, связаны крепежными элементами с нижними концами угловых вертикальных стоек, выполненных из гнутого профиля сложного сечения, связанных с потолочным перекрытием и установлены с образованием прямоугольных проемов для стенового ограждения, причем потолочное перекрытие и стеновое ограждение выполнены с электрокоммуникациями, вытяжной и приточной вентиляцией, стеновое ограждение состоит из секций в виде стеновых панелей, включающих наружную и внутреннюю обшивки с расположенным между ними утеплителем, при этом нижняя торцевая сторона стеновых панелей выполнена с установочным щелевым вырезом, а упомянутые выше балки прямоугольного сечения каркаса основания жестко связаны в верхней внешней плоскости с дополнительно установленным по периметру каркаса основания направляющим U-образным профилем, внешнее ребро которого связано с установочным щелевым вырезом нижней торцевой части стеновых панелей, каркас потолочного перекрытия выполнен из гнутого профиля сложного сечения, соединенного между собой в местах пересечения посредством верхних уголковых гнезд, связанных крепежными элементами с верхними концами выполненных из гнутого профиля сложного сечения упомянутых выше угловых вертикальных стоек, и удерживает внешнее металлическое и внутреннее деревосодержащее покрытия с утеплителем между ними, а стеновые панели связаны с потолочным перекрытием посредством фиксаторов, причем стеновое ограждение состоит из облегченных панелей типа «сэндвич», в качестве утеплителя используется полиуретан, в качестве наружной и внутренней обшивки стеновых панелей используются стальные листы, фиксаторы стеновых панелей с потолочным перекрытием выполнены в виде закрепительных скоб, а стеновое ограждение выполнено с окнами и дверями, при этом в качестве деревосодержащего покрытия в потолочном перекрытии используется ламинированная древесно-стружечная плита, а в качестве деревосодержащего покрытия в основании используется древесно-стружечная плита, над которой уложено половое покрытие в виде линолеума.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от аналога и прототипа использование в предлагаемом изобретении совокупности признаков в виде основания, имеющего прямоугольный каркас, на одной и более сторонах которого установлено стеновое ограждение, и содержит утеплитель, расположенный между деревосодержащим покрытием и металлическим листом, жестко закрепленным на боковых сторонах по внутреннему периметру каркаса, выполненного из жестко связанных ребрами жесткости балок прямоугольного сечения, соединенных между собой в местах пересечения посредством нижних уголковых гнезд, которые, в свою очередь, связаны крепежными элементами с нижними концами угловых вертикальных стоек, выполненных из гнутого профиля сложного сечения, связанных с потолочным перекрытием, и установлены с образованием прямоугольных проемов для стенового ограждения, повышает прочность, несущую способность и резервирует надежность системы и, кроме того, снижает трудоемкость монтажа стеновых панелей в образованные прямоугольные проемы. Использование в заявляемом изобретении именно такой зависимости свойств, как выполнение потолочного перекрытия и стенового ограждения с электрокоммуникациями, вытяжной и приточной вентиляцией, а выполнение стенового ограждения из секций в виде стеновых панелей, включающих наружную и внутреннюю обшивки с расположенным между ними утеплителем, позволяет повысить эксплуатационные и технические качества заявляемого изобретения, а также вариабельность возводимых сооружений, при этом выполнение нижней торцевой стороны стеновых панелей с установочным щелевым вырезом, 9 упомянутых выше балок прямоугольного сечения каркаса основания, жестко связанными в верхней внешней плоскости с дополнительно установленным по периметру каркаса основания направляющим U-образным профилем, внешнее ребро которого связано с установочным щелевым вырезом нижней торцевой части стеновых панелей, дает возможность значительно снизить трудоемкость монтажа зданий и одновременно повысить надежность сборности, тем самым обеспечить устойчивость и пространственную прочность возводимой конструкции. Особенности конструкции предложенного каркаса потолочного перекрытия, который выполнен из гнутого профиля сложного сечения, соединенного между собой в местах пересечения посредством верхних уголковых гнезд, связанных крепежными элементами с верхними концами выполненных из гнутого профиля сложного сечения упомянутых выше угловых вертикальных стоек, и удерживаеющего внешнее металлическое и внутреннее деревосодержащее покрытия с утеплителем между ними, также способствует обеспечению жесткости, прочности и надежности конструкции в целом, а транспортировка трансформируемых блок-модулей обеспечивает целостность комплектующих составляющих блок-модуля. Кроме того, в совокупности признаков, связь стеновых панелей с потолочным перекрытием посредством фиксаторов и выполнение стенового ограждения из облегченных панелей типа «сэндвич», в качестве утеплителя в которых используется полиуретан, а в качестве наружной и внутренней обшивки стеновых панелей используются стальные листы, и выполнение фиксаторов стеновых панелей с потолочным перекрытием в виде закрепительных скоб, а стенового ограждения с окнами и дверями и использование в качестве деревосодержащего покрытия в потолочном перекрытии, ламинированной древесно-стружечной плиты дает возможность не только ускоренно проводить монтаж блок-модуля, но и обеспечить высокие эксплуатационные и технические качества возводимого сооружения. Выполнение в качестве деревосодержащего покрытия в основании древесно-стружечной плиты, над которой уложено половое покрытие в виде линолеума, снижает не только материалоемкость и трудоемкость монтажа зданий, но и одновременно снижает себестоимость монтажа  возводимого сооружения, а также повышает надежность, сборность и эксплуатационные и технические качества.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения «Трансформируемый объемный блок-модуль здания», позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявляемом изобретении «Трансформируемый объемный блок-модуль здания», изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» соответствует критерию"новизна".
Для проверки соответствия заявляемого изобретения «Трансформируемый объемный блок модуль здания» критерию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить совокупность признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения «Трансформируемый объемный блок-модуль здания». Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» соответствует критерию "изобретательский уровень".
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании в  заявленном изобретении «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» совокупности условий в том виде, как заявляемое изобретение «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» охарактеризовано в формуле изобретения, т.е. подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения. Конструктивные элементы, воплощающие заявленное изобретение «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» при его осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно снижение трудоемкости монтажа зданий, повышение надежности эксплуатационных и технических качеств, сборности и вариабельности возводимых сооружений, следовательно, заявленное изобретение «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» соответствует критерию "промышленная применимость".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения «Трансформируемый объемный блок-модуль здания», может быть многократно использована в технологически нетрудоемком процессе строительства сооружений из трансформируемых объемных блок-модулей здания с получением технического результата, заключающегося в снижении трудоемкости монтажа зданий, повышении эксплуатационных и технических качеств, надежности сборности и вариабельности возводимых сооружений, что позволяет экономически выгодно, быстро  возводить сооружения в отдаленных от промышленных центров регионах.
Сущность заявляемого изобретения «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» поясняется примером конкретного выполнения и чертежами, где: на фиг.1 изображен готовый к эксплуатации смонтированный трансформируемый объемный блок-модуль здания (фото);  на фиг.2 - металлические балки прямоугольного сечения рамы основания в разрезе (фото); на фиг.3 - часть основания трансформируемого объемного блок-модуля здания с утеплителем и половым покрытием в разрезе (фото); на фиг.4 - часть основания трансформируемого объемного блок-модуля здания, соединенная в уголковом гнезде с нижней частью угловой вертикальной стойки (фото); на фиг.5 - направляющий U-образный профиль, внешнее ребро которого связано с установочным щелевым вырезом в нижней торцевой части стеновых панелей (фото); на фиг.6 - нижняя торцевая часть стеновой панели с установочным щелевым вырезом на нижней торцевой части (фото); на фиг.7 - часть стеновой панели с наружной и внутренней обшивками с расположенным между ними утеплителем (фото); на фиг.8 - трансформируемый объемный блок-модуль здания перед установкой стенового ограждения - стеновых панелей (фото); на фиг.9 - часть потолочного покрытия трансформируемого объемного модуля здания, соединенная в уголковом гнезде с верхней частью угловой вертикальной стойки (фото); на фиг.10 - потолочное покрытие трансформируемого объемного блок-модуля здания, подготовленное к установке (фото); на фиг.11 - каркас потолочного перекрытия, выполненный из гнутого профиля сложного сечения, с ребрами жесткости (фото); на фиг.12 - потолочное перекрытие в процессе сборки (фото); на фиг.13 - фиксатор, выполненный в виде закрепительной скобы (фото); на фиг.14 - трансформируемый объемный блок-модуль здания после установки стенового ограждения - стеновых панелей (фото); на фиг.15 трансформируемый объемный блок-модуль здания в транспортном положении рядом со смонтированным готовым к эксплуатации (фото); на фиг.16 - чертеж поперечного ребра жесткости рамы потолочного перекрытия; на фиг.17 - технологическая схема трансформируемого объемного блок-модуля здания со стеновыми панелями на одной и более сторонах; на фиг.18 - чертеж основания трансформируемого объемного блок-модуля здания (вид в плане); на фиг.19 - чертеж основания трансформируемого объемного блок-модуля здания, вид сбоку; на фиг.20 - чертеж поперечного ребра жесткости рамы основания; на фиг.21 - чертеж U-образного направляющего профиля основания; на фиг.22 - чертеж угловой вертикальной стойки из гнутого профиля сложного сечения; на фиг.23 - чертеж угловой вертикальной стойки из гнутого профиля сложного сечения, вид с торца; на фиг.24 - чертеж угловой вертикальной стойки из гнутого профиля сложного сечения, в 3D формате; на фиг.25 - чертеж гнутого профиля сложного сечения рамы потолочного перекрытия; на фиг.26 - чертеж рамы потолочного перекрытия; на фиг.27 - чертеж рамы потолочного перекрытия, вид сбоку; на фиг.28 - технологическая схема конструкции трансформируемого объемного блок-модуля здания.
Трансформируемый объемный блок-модуль здания включает основание 1 (фиг.1), которое имеет прямоугольную форму. Каркас 2 основания 1 выполнен из балок 3 прямоугольного сечения. Длинные стороны 4 (фиг.19) каркаса 2 жестко связаны между собой ребрами жесткости 5 (фиг.20) посредством сварки. Балки 3 прямоугольного сечения в местах угловых стыков жестко связаны между собой с помощью уголковых гнезд 6 (фиг.23, фиг.24), которые, в свою очередь, с возможностью разъема связаны крепежными элементами - болтовым соединением 7 с нижними концами 8 угловых вертикальных стоек 9 (фиг.22, фиг.24), выполненных из гнутого профиля сложного сечения. Верхние концы 10 вертикальных стоек 9 связаны с потолочным перекрытием 11, образующим вместе с угловыми вертикальными стойками 9 прямоугольные проемы 12 для стенового ограждения 13. Потолочное перекрытие 11 и стеновое ограждение 13, установленные с четырех сторон каркаса 2, выполнены с электрокоммуникациями 14, вытяжной вентиляцией 15 и приточной вентиляцией 16 (фиг.15, фиг.28). Потолочное перекрытие 11, как и основание 1, выполнено в виде прямоугольника 17 (фиг.8). Стеновое ограждение 13 состоит из секций в виде стеновых панелей 18 типа «сэндвич», включающих наружную металлическую (оцинкованная сталь) обшивку 19 и внутреннюю металлическую (оцинкованная сталь) обшивку 20 с расположенным между ними утеплителем 21 из полиуретана (фиг.3, фиг.6), с окнами 22 и дверями 23 (фиг.28). Нижняя торцевая часть 24 стеновых панелей 18 выполнена с установочным щелевым вырезом 25 (фиг.6). Количество панелей 18 стенового ограждения 13 в данном примере конкретного выполнения составляет четырнадцать панелей, установленных на четырех сторонах основания. Балки 3 (фиг.2) прямоугольного сечения прямоугольного каркаса 2 основания 1 жестко связаны с помощью сварки в своей верхней внешней плоскости 26 (фиг.5) с дополнительно установленным по периметру каркаса 2 основания 1 направляющим U-образным профилем 27 (фиг.5, фиг.21), внешнее ребро 28 которого связано с установочным щелевым вырезом 25 нижней торцевой части 24 стеновых панелей 18. Каркас 29 потолочного перекрытия 11 выполнен из гнутого профиля 30 (фиг.25, фиг.28) сложного сечения, удерживающего (сверху вниз) внешнее покрытие, металлического листа 31 (фиг.12), утеплитель 32, в качестве которого используется полиуретан, и деревосодержащее покрытие 33 в виде ламинированной древесно-стружечной плиты. В каркасе 29 потолочного перекрытия 11, выполненном в виде прямоугольника 17 из гнутого профиля 30 сложного сечения, места угловых стыков жестко связаны между собой с помощью уголковых гнезд 34, которые, в свою очередь, связаны крепежными элементами - болтовым соединением 35 с возможностью разъема, с верхними концами 10 угловых вертикальных стоек 9, выполненных из гнутого профиля сложного сечения. Каркас 29 потолочного перекрытия 11 усилен жестко связанными с ним с помощью сварки ребрами жесткости 36 (фиг.26). Стеновые панели 18 связаны с потолочным перекрытием посредством фиксаторов 37, выполненных в виде закрепительных скоб. Каркас 2 основания 1 связан с дополнительно установленным металлическим листом 38, жестко закрепленным с помощью сварки на боковых сторонах внутреннего периметра каркаса 2, т.е. на боковых сторонах металлических балок 3 прямоугольного сечения. На металлическом листе 38 расположен утеплитель 39, в качестве которого используется полиуретан, над ним расположено деревосодержащее покрытие 40, в качестве которого используется древесно-стружечная плита, покрытая сверху половым покрытием 41, в частности линолеумом. На каркасе 2 основания 1 стеновое ограждение 13 может устанавливаться на всех четырех сторонах 42 (фиг.17), а также на трех сторонах 43, на двух сторонах 44, на одной стороне 45 с различным количеством панелей 18 (фиг.17). При транспортировке трансформируемого объемного блок-модуля здания применяют угловые транспортные стойки 46, скотч, фанеру или транспортировочный картон, транспортировочные ленты (на чертежах не показаны).
Подготовка трансформируемого объемного блок-модуля здания в транспортное положение осуществляется следующим образом.
Каркас 29 потолочного перекрытия 11 освобождают от фиксаторов 37 и вертикальных стоек 9, исключив связи крепежных элементов - болтового соединения 35 между верхними концами 10 вертикальных стоек 9 и каркасом 29 потолочного перекрытия 11. С помощью крана убирают освобожденный от всех связей каркас 29 с потолочным перекрытием 11 на монтажные тумбы, тем самым и освобождают угловые вертикальные стойки 9 и каркас 2 прямоугольного основания 1 от нагрузки. Затем каркас 2 прямоугольного основания 1 освобождают от вертикальных стоек 9, сняв болтовое соединение 7. Далее снимают с каркаса 2 основания 1 стеновое ограждение 13 и устанавливают на него угловые транспортные стойки 46, затем укладывают на основание 1 упакованные стеновые панели 19 и вертикальные стойки 5, упакованные в оберточный материал, и фиксируют все составляющие скотчем во избежание перемещения во время транспортировки.
Затем верхние концы транспортных стоек 46 связывают болтовым соединением с каркасом 29 потолочного перекрытия 11. Боковые проемы между рамами основания 1 и потолочным перекрытием 11 закрываются фанерой (или транспортировочным картоном) и фиксируются скотчем, а по поперечному периметру, в двух местах по длине основания 1 фиксируются транспортировочными лентами.
Трансформируемый объемный блок-модуль позволяет получать самые разнообразные объемные формы зданий и сооружений путем всевозможной трансформации их разверток из плоскости в пространство, как в поперечном, так и в продольном направлениях, а также обеспечить высокую сборность, надежность, несущую способность, эксплуатационные и технические качества за счет использования типовой упругогибкой конструкции. Применение предложенного изобретения «Трансформируемый объемный блок-модуль здания» снижает материалоемкость и трудоемкость монтажа зданий при одновременном повышении надежности сборности и вариабельности возводимых сооружений.