ТРЕУГОЛЬНАЯ ГЕОКУПОЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве геокупольной панели при возведении сооружения в виде геодезического купола. Треугольная геокупольная панель представляет собой структурную изолированную панель (СИП) с внешней обшивкой и утеплителем, что позволяет осуществлять быструю и простую сборку панелей в готовый геодезический купол.
Купольное строительство развивается более столетия и за этот период реализовано множество технических идей, полезных моделей и конструктивных схем. Основным видом строительства купольных сооружений является каркасное строительство. Купольная форма сооружения обладает высокой сейсмоустойчивостью и прочностью конструкции за счет соединений треугольниками, не теряет устойчивости при разрушении до 40% каркаса, сферическая форма позволяет выдерживать ветровые нагрузки за счет обдуваемости и снеговые нагрузки, легкость конструкции по сравнению с обычным капитальным домом не требует дополнительных затрат на дорогостоящий мощный фундамент, равномерное распределение нагрузок по всей поверхности геодезического купола, приводит к отсутствию опасных аномальных зон для человека внутри сооружения и обладает рядом других полезных качеств, описанных в статье Есипова А.А. «Применение геодезических куполов в строительстве: преимущества и недостатки», Северо-Кавказский филиал БГТУ, г. Минеральные Воды, https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-geodezicheskih-kupolov-v-stroitels1ve-preimuschestvo-i-nedostatki/viewer.
Родоначальником купольного домостроения в современном виде считается Ричард Бакминстер Фуллер (1895-1983) - американский архитектор, дизайнер, инженер и изобретатель. Он предложил революционную для своего времени идею купольного жилого дома. В наше время идея купольных построек сотового типа или геодезических куполов активно применяется в архитектуре. Чаще всего купольные конструкции применяют в тех случаях, когда необходимо получить максимальный объем помещения при минимальном весе конструкции. Как правило, это выставочные центры, спортивные стадионы, промышленные здания или научные объекты. В частном домостроении основными пользовательскими характеристиками, по которым люди выбирали купольный дом, были его необычный внешний вид, свободная планировка внутренних помещений из-за отсутствия внутренних опорных стен и колонн, возможность установки в сейсмически неблагополучных районах, минимальные требования к фундаменту, относительная дешевизна постройки. Кроме того, купольный дом имеет меньшую площадь теплоотдачи и улучшенную естественную конвекционную вентиляцию, поэтому его проще и дешевле отопить или остудить, а также меньше слышны внешние шумы.
Известный из уровня техники геодезический купол разделен на треугольники, из которых и собирается многогранник, образующий каркас сооружения. Особенность технологии возведения геодезического купола заключается в том, что в одной точке сходится большое количество углов треугольников. Для обеспечения их надежной фиксации используются коннекторы - специальные устройства, позволяющие надежно соединять элементы несущей конструкции. После возведения каркаса геодезического купола необходимо его обшить листовым строительным материалом, уложить утеплитель и обшить внутри строительным материалом. Поочередное изготовление ребер каркаса, сборка несущей конструкции, монтаж внешней обшивки, монтаж утепления в треугольные отсеки, монтаж внутренней черновой обшивки треугольниками и монтаж надежной гидроизоляции на сферу, имеющую множество треугольных плоскостей, делают в конечном итоге достаточно сложной и дорогой технологию строительства домов для проживания.
В строительстве для ускорения возведения зданий известно применение структурных изолированных панелей (СИП), состоящих из двух ориентированно-стружечных плит (OSB), между которыми размещен утеплитель, например пенополистирол или пенополиуретан (PUR). Технология строительства с использованием СИП-панелей появилась в США в 1940-50-х годах. Первые линии по производству домокомплектов по технологии СИП (SIP) в Россию в 2003 году поставила компания «ЕсоPan corporation)) (г. Калгари, Канада). Первым объектом, построенным по технологии СИП (SIP), стал выставочный дом компании «Город мастеров на ВВЦ)), открытый в декабре 2003 года.
Так на сайте компании «СитиСип» https://citysip.ru/informacija/doma-iz-sip-panelej-pljusy-i-minusy/ предлагается строительство домов из структурных изолированных панелей (СИП), которые состоят из двух ориентированно-стружечных плит (ОСП или OSB), между которыми под давлением приклеивается слой твердого утеплителя - пенополистирола. Панели имеют прямоугольную форму по проектируемым размерам. Размер обычной СИП панели 1250×2500 мм, толщина от 124 до 224 мм, вес одной панели от 42 до 66 кг, что позволяет осуществлять транспортировку, разгрузку и сборку без применения строительной техники. Однако для строительства здания необходимо вначале на готовый фундамент возвести каркас здания из бруса, затем закрепить СИП панели на направляющий брус, образуя стены, на которые возвести крышу. Таким образом, СИП панель является только частью стены и не является каркасом здания и крышей.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является треугольная геокупольная панель, используемая в Геодезическом купольном домокомплекте Производственно-строительной компании «Зеленый мир» https://самый-экологичный.рф, где представлен домокомплект геодезического купольного дома для самостоятельной сборки по инструкции. В домокомплект входят каркас поэлементно с крепежом, листы из влагостойкой OSB или фанеры, раскроенные по форме секций каркаса треугольной формы, коннекторы, утеплитель в баллонах для нанесения на купольную поверхность. Сборка геодезического купольного дома начинается со сборки каркаса, а именно с соединения элементов в треугольники, закрепленные углами на коннекторы, далее устанавливаются в треугольные секции раскроенные листы OSB или фанеры, образуя внешнее покрытие сооружения, на внутреннюю поверхность которого наносится слой утеплителя из баллонов. Таким образом, полученная при сборке треугольная геокупольная панель состоит из каркаса, покрытия треугольной формы из листа OSB или фанеры и утеплителя. Недостатком, полученной таким образом, треугольной геокупольной панели является длительность ее сборки и возможные ошибки неопытного сборщика, приводящие к временным потерям и надежности собранной конструкции.
Предлагаемая полезная модель решает техническую проблему по устранению указанных недостатков при создании стандартизированной единого типа-размера цельной утепленной сендвич-панели с внешней обшивкой, что в итоге приводит к ускорению процесса и надежности всей сборки геодезического купольного сооружения для проживания.
Технический результат полезной модели заключается в надежном эксплуатационном качестве треугольной геокупольной панели за счет модульности ее исполнения в едином типа-размере в виде цельной утепленной сендвич-панели с целостной внешней обшивкой. Модульность конструкции треугольной геокупольной панели позволяет быстро собрать из таких панелей многогранники и возвести купольное сооружение с высокими эксплуатационными характеристиками.
Для решения указанной проблемы и достижения заявленного технического результата предлагается треугольная геокупольная панель, состоящая из каркаса в виде треугольной рамы из деревянного бруса, внешнего покрытия и утеплителя. Отличительной особенностью конструкции панели является то, что она выполнена в виде сендвич-панели, при этом стороны рамы каркаса содержат крепежные отверстия, расположенные на одинаковом расстоянии от углов рамы, внешнее покрытие выполнено из листа оцинкованной стали с загнутыми краями вниз, утеплитель выполнен из пенополиуритана с возможностью нанесения его на внутренние стороны внешнего покрытия и рамы, при этом загнутые края листа внешнего покрытия расположены в утеплителе.
Внешнее покрытие является кровельным покрытием, защищает геокупольную панель от внешнего воздействия среды и механических повреждений за счет выполнения из листа оцинкованного железа. Известно, что оцинкованное железо устойчиво к процессам коррозии, сохраняет свои свойства под воздействием влаги, выдерживает механические нагрузки, невосприимчиво к воздействию агрессивных сред, долговечно, т.е. имеет высокие эксплуатационные характеристики.
Кроме того, крепление внешнего покрытия осуществляется за счет того, что края оцинкованного железа подвернуты и загнуты вниз к внутренней стороне, при этом края утопают в массиве утеплителя - пенополиуритана, который обладает высокой адгезией с любой поверхностью. В результате происходит надежное сцепление оцинкованного железа и пенополиуритана и при этом не используются кровельные шурупы, что не нарушает цинковую поверхность стали, а значит, увеличивает срок службы.
Утеплитель из пенополиуритана (ППУ) давно используется в строительстве, как теплоизолирующий материал, а также для шумо- и гидроизоляции. ППУ легко напыляется специальным образом на любую поверхность и отлично сцепляется с любой поверхностью. Поэтому удобен в применении и обладает уникальными свойствами: высокая адгезия, малая теплопроводность, экологичность, прост в обработке.
При заполнении ППУ методом заливки в форме, где находится треугольная рама каркаса и треугольник кровельного покрытия, происходит скрепление всех частей конструкции, в результате чего получается готовая геокупольная панель в виде сендвич-панели.
Для соединения треугольных геокупольных панелей друг с другом для образования купольного сооружения на сторонах рамы каркаса предусмотрены крепежные отверстия, расположенные на одинаковом расстоянии от углов рамы. Сборку осуществляют с помощью болтов по дереву.
Треугольная геокупольная панель в виде цельной утепленной сендвич-панели единого типа-размера является модулем каркаса, позволяет ее соединять с аналогичными модулями в многогранники и быстро возводить купольное сооружение.
Таким образом, всей совокупностью приведенных признаков треугольной геокупольной панели достигается технический результат по обеспечению ее модульности и надежности в эксплуатации. Благодаря чему, решается проблема по созданию стандартизированной единого типа-размера цельной утепленной сендвич-панели с высокими эксплуатационными характеристиками.
На Фиг. 1 представлена треугольная геокупольная панель, где:
1 - треугольная рама,
2 - сторона рамы,
3 - пенополиуретановое утепление,
4 - внешнее покрытие,
5 - край внешнего покрытия,
6 - крепежное отверстие,
7 - угол рамы.
На Фиг. 2 представлен разрез готовой треугольной геокупольной панели, где видно, как загнутый край (5) внешнего покрытия (4) расположен внутри пенополиуританового утепления (3), и рама (1) каркаса в разрезе с утеплением (3).
Основа треугольной геокупольной панели является треугольная рама (1), стороны (2) которой изготовлены из деревянного бруса и соединены с помощью шурупов. Внешнее покрытие (4) вырезают из листа оцинкованного железа треугольной формы в соответствии с размером треугольной рамы и учетом дополнительного размера на край, затем край (5) загибают вниз. В заливочную треугольную форму укладывают треугольную раму, заливают пенополиуретановое утепление (3), затем укладывают подготовленное внешнее покрытие (4) с подогнутыми краями (5) вниз, закрывают форму крышкой и выдерживают определенное время. В результате пенополиуретановое утепление (3) при застывании скрепляется с внутренними поверхностями сторон (2) рамы (1) треугольного каркаса и внешнего покрытия (4), причем подогнутые края (5) внешнего покрытия оказываются утопленными в утепление (3), что надежно скрепляет всю конструкцию и получается готовая утепленная панель в виде сендвич-панели. Далее просверливают в каждой стороне (2) рамы (1) треугольной панели крепежные отверстия (6) на одинаковом расстоянии от краев (7) для соединения одной треугольной панели к другой, убирая внутри вокруг отверстия пенополиуритан для плотного прижимания усиленной шайбы к стороне треугольной рамы. При этом, если заливочную форму накрыть внутренним покрытием, например, из гипсокартона, то будет создана и внутренняя интерьерная обшивка. Гипсокартон можно заменить также любым другим отделочным интерьерным листовым материалом. При использовании промышленного конвеерного изготовления готовых сендвич-панелей упрощается технологический процесс, что в результате снижает стоимость изделий. Готовые треугольные геокупольные панели в виде утепленных сендвич-панелей имеют единый типоразмер своего вида и несколько видов для определенной площади купольного сооружения, поэтому для разной площади типоразмер меняется в пределах по высоте и ширине от 1200 мм до 1500 мм и соответственно меняется вес от 6 кг до 15 кг, который также зависит от используемых материалов несущего каркаса, плотности вспенивания пенополиуритана и его толщины. Пенополиуретановое утепление (ППУ) имеет плотность от 20 до 50 кг/метр кубический, используемое для заливки в формы. Также разная марка используемого ППУ имеет различную ячеистую структуру с различными коэффициентами впитывания влаги и различный процент закрытоечеистой структуры. Параметры определяются назначением купольного сооружения и условиями эксплуатации. Т.к. готовые сендвич-панели имеют малый вес и размер, то сборку купольного сооружения осуществляют без применения подъемных механизмов самостоятельно бригадой из трех человек без специальной подготовки.
Технология строительства купольного сооружения из готовых треугольных геокупольных панелей в виде утепленных сендвич-панелей (СИП) имеет ряд преимуществ:
1. Треугольная СИП панель как отдельный элемент каркаса более прочная за счет своей формы и размера.
2. Треугольная панель более легкая и меньше в размерах, что облегчат сборку со строительных лесов, а также транспортировку и разгрузку.
3. Треугольная СИП панель за счет геокупольного каркаса позволяет использовать более меньшее сечение деревянного бруса на 2/3 толщины панели и размещать его ближе к внутренней стороне, оставляя ППУ прослойку между внешней обшивкой и брусом каркаса, что исключает промерзание несущего каркаса, не допуская мостиков холода. Связка треугольных панелей друг с другом при монтаже и закрытие щелей между панелей с помощью монтажной пены или пено-клея, а так же акрилового герметика создает цельную прослойку теплоизоляции и кровли, исключая точку росы в несущем каркасе и протекания кровли.
4. При геометрических особенностях полусферы, имеющей меньшую площадь поверхности на 30% по сравнению с прямоугольной формой, уменьшаются затраты на материалы конструкции соответственно. Треугольные СИП панели меньше по затратам и стоимости, что делает данную технологию более доступной.
5. Производственный конвейер изготовления дома из треугольных СИП панелей позволяет уменьшить конечную стоимость за счет цехового производства уже готового утепленного домокомплекта, готового к сборке. Сборка из треугольных СИП панелей значительно уменьшает трудозатраты.
6. Дом из треугольных СИП панелей не требует устройства перекрытия крыши кровли. Собранные в геокупол треугольные СИП панели создают стены и кровлю единую цельную, создавая самонесущий каркас с более высоким характеристиками сейсмоустойчивости и к ветровым нагрузкам.
7. В варианте использования кровельного покрытия из ОСБ требуется внешняя гидроизоляция, с появлением современной технологии акриловой гидроизоляции с высокой устойчивостью к температурному воздействию окружающей среды от -65 до +100 градусов Цельсия, создается надежное внешнее кровельное покрытие, которое наносится вручную малярным валиком и делает доступным самостоятельное нанесение покупателю купольного домокомплекта из треугольных СИП панелей.
8. Использование в качестве внешнего кровельного покрытия листовой стали с оцинкованным покрытием, а также с дополнительным полимерным покрытием, дает преимущество долгого срока службы и упрощенной сборки без покрытия акриловой гидроизоляции, используя только герметик в швах.
9. Производство треугольных СИП панелей возможно любой толщины, необходимой для теплоизоляции в регионе установки. Что позволяет выполнить поставленные задачи в зависимости от сезонного использования. От летних домиков на базах в курортных зонах отдыха до теплых зимних домов в северных регионах с экстремально низкими температурами в зимний период года.
10. Система сборки домов из треугольных СИП панелей позволяет осуществить болтовое соединение панелей с внутренней стороны с монтажом панелей внутренней обшивки после установки несущего каркаса, что делает эту технологию домов разборной многократно. Акриловая гидроизоляция на швах в стыках треугольных СИП панелей демонтируется путем разрезания ножом по стыкам и также легко восстанавливается.
Пример изготовления СИП панелей.
3
Для изготовления треугольной геокупольной панели был взят брус из сосны сечением 30×100 мм. Из бруса подготовили стороны панели распиливанием под углами в двух плоскостях с каждой стороны, чтобы при сборке они образовывали треугольную раму, в виде усеченной пирамиды высотой 100 мм, под углом α=7 градусов наклона каждой стороны, т.е. треугольная рамка с наружу наклоненными сторонами, как показано на Фиг. 3. Полученные из деревянного бруса стороны рамы обработали раствором «КСД-А» марки 1 для придания огне-биозащитных свойств древесины методом погружения сторон в раствор, после чего стороны вынимают из раствора и высушивают. Далее из сторон собрали с помощью шурупов по дереву размеров 4.2×70 мм треугольную раму. Из оцинкованного листа железа толщиной 0.35 мм раскроили внешнее покрытие панели - треугольник по размеру внешней стороны полученной треугольной рамы с напуском по 20 мм с каждой стороны треугольника для подгибания кромки. Подогнули на 135 градусов на листогибе край каждой стороны треугольника шириной 20 мм, чтобы получилась кромка со всех трех сторон. В заливочную треугольную форму уложили треугольную раму и залили размешанную двух компонентную смесь пенополиуритана плотностью 20 кг/м в качестве утеплителя. Затем уложили на пенополиуритан подготовленное внешнее покрытие с подогнутыми вниз краями, которые утопили в нем, и закрыли форму крышкой, выдержали до 25 минут. За это время пенополиуретан застыл и скрепился с внутренними сторонами треугольной рамы и внешнего покрытия, причем подогнутые края внешнего покрытия оказались внутри пенополиуритана. В результате вся конструкция треугольной геокупольной панели надежно скрепилась. При этом внешнее покрытие из оцинкованного железа без использования шурупов надежно закрепилось на раме, что в результате увеличит срок его службы, т.к. оно осталось целостным. Далее полученную СИП панель достают из формы. Отступив от углов сторон рамы полученной панели по 200 мм, на каждой стороне просверлили отверстия для возможности сборки с другой СИП панелью болтовым соединением, при этом с внутренних поверхностей сторон рамы вокруг отверстий убрали утеплитель для лучшего скрепления сторон с другой СИП панелью. Вес готовой СИП панели составил 6 кг, время на сборку из подготовленных элементов и получение готовой панели составило до 40 минут.
Таким образом, полученная треугольная геокупольная панель единого типа-размера в виде цельной утепленной сендвич-панели с целостным внешним покрытием гарантирует надежное эксплуатационное качество при использовании ее как части каркаса и подобных панелей в купольном сооружении.