КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОЕ ЗДАНИЕ
FRAME-PANEL BUILDING

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении новых и реконструкции существующих малоэтажных зданий жилого, социально-бытового и промышленного назначения.
Известно здание каркасно-панельного типа, содержащее фундамент, на котором установлен каркас из балок нижней обвязки, соединенных посредством угловых и рядовых стоек с балками верхней обвязки. Между соседними стойками установлены наборные панели из пазогребневых блоков. Балки нижней и верхней обвязки снабжены сквозными отверстиями для стоек, рядовые и угловые стойки снабжены пазом и гребнем [1].
Каркас здания выполнен из деревянного бруса и ориентирован на возведение одноэтажных домов, стеновые панели монтируются из пазогребневых блоков. Изготовление элементов каркаса требует трудоемкой обработки бруса, балки обвязки и стойки совместно с панелями формируют наружную и внутреннюю поверхности стен здания. Для стен здания необходима значительная наружная и внутренняя отделка до товарного вида.
Известно каркасно-панельное здание, содержащее наружные стеновые панели, навешиваемые на колонны каркаса с помощью элементов навешивания на боковых гранях. Стеновые панели выполнены с полкой для опирания плит перекрытия, сформированной на внутренней стороне панели и размещенной в створе между колонн [2].
Стеновые панели охватывают колонну со стороны наружной грани, внутренние стены здания содержат выступающие части колонн. Для монтажа панелей необходима грузоподъемная техника. Горизонтальные стыки панелей требуют трудоемкой заделки.
Известен домокомплект, включающий деревянные стойки, балки, стропила и прогоны с металлическими сердечниками внутри, панели ограждения, панели перекрытия и покрытия с двумя обшивками, выполненные в виде ячеек деревянного каркаса, заполненных теплоизолирующим материалом, при этом панели покрытия и перекрытия дополнительно содержат опорные металлические пластины [3].
Технология изготовления элементов каркаса и панелей трудоемка. Домокомплект содержит значительное число разнообразных крепежных элементов, что существенно усложняет комплектацию и монтаж здания. Металлические сердечники каркаса не защищены от промерзания. После монтажа панелей ограждения рядовые стойки гранями присутствуют в плоскости стен как снаружи, так и изнутри здания.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является каркасно-панельное здание, включающее фундамент, детали каркаса в виде стоек из металлической трубы, балки, стропила, панели стеновые, панели перекрытий, панели покрытий, содержащие наружную и внутреннюю обшивки и теплоизоляционный слой, размещенный между ними, соединительные металлические элементы в виде кронштейнов с отверстиями под крепежные детали. Стойки для крепления стеновых панелей и стропила выполнены из двух зеркально расположенных металлических профилей Z-образного сечения усиленных вставкой из доски [4].
Изготовления элементов каркаса и панелей требует трудоемких ручных операций. Элементы каркаса и панели содержат значительное число разнообразных крепежных элементов, что усложняет монтаж здания. Для монтажа панелей стеновых, перекрытий и покрытий необходима грузоподъемная техника. Стены здания требуют дополнительных затрат на утепление, наружную и внутреннюю отделку до товарного вида.
Задачей изобретения является снижение трудоемкости при изготовлении и монтаже элементов здания, сокращение затрат на отделку фасадов, с обеспечением требуемых теплоизоляционных свойств стен и высоких эксплуатационных характеристик здания.
Указанная задача достигается тем, что в каркасно-панельном здании, включающем фундамент, детали каркаса в виде стоек с соединительными элементами, балки перекрытий, стропила, стеновые панели, содержащие наружную и внутреннюю обшивки и теплоизоляционный слой, размещенный между ними, согласно изобретению для каркаса применены стойки из металлопрофиля, например двутавровые балки, швеллеры, прямоугольные трубы, из деревянных брусов прямоугольного сечения или из металлопрофиля и дерева в композиции и различают стойки угловые, в виде жестко скрепленной пары металлопрофиля и/или брусов, стойки узловые и стойки промежуточные, имеющие высоту не более одного этажа, между угловыми и узловыми и между соседними узловыми стойками размещена хотя бы одна промежуточная стойка, стойки имеют отверстия для установки навесных крепежных элементов и содержат пластины основания с крепежными отверстиями, с помощью анкерных болтов пластины основания закреплены к фундаменту, стойки установлены на фундаменте с шагом, равным ширине стеновых панелей, наружная и внутренняя обшивки стеновых панелей выполнены в виде ограждающих слоев бетона, неразрывно связанных с внутренним теплоизоляционным слоем, по периметру стеновых панелей в теплоизоляционном слое вырезан паз, панели стеновые по вертикали состыкованы одна с другой на стойках, каждая из которых служит шипом для двух смежных панелей, стойки размещены внутри слоя утеплителя, в плоскости перекрытия каждого этажа стойки вдоль стены связаны между собой ригельными балками из металлопрофиля, деревянных брусов или из металлопрофиля и дерева в композиции, ригельные балки установлены в горизонтальный паз стыка стеновых панелей, в горизонтальный паз стыка панелей вне плоскости перекрытия этажа установлены уплотняющие элементы в виде бруска с соответствующим сечением из материала утеплителя, ригельные балки с помощью навесных крепежных элементов закреплены сбоку на узловых и угловых стойках, а с помощью шпилек на оголовках на промежуточных стойках, пластины основания промежуточных стоек на уровне межэтажного перекрытия закреплены на ригельных балках, межэтажные перекрытия выполнены на основе балок или ферм из металлопрофиля и/или деревянного бруса или панелей перекрытия, для монтажа перекрытий под несущие элементы перекрытий на межэтажном уровне на узловых стойках установлены навесные опорные элементы, а на ригельных балках и промежуточных стойках жестко фиксированные опорные элементы, в стеновых панелях с внутренней стороны под размер сечения опорной части несущих элементов перекрытия предварительно вырезаны технологические ниши глубиной до ригельных балок, проемы для дверей и/или окон сформированы между двух или более соседних стоек и на высоту проема установлены ригельные перемычки, которые служат опорой для стеновых панелей вышестоящего яруса, ригельные перемычки в нижней части оконного проема с помощью навесных крепежных элементов закреплены сбоку на стойках, при монтаже стеновые панели с уровня высоты промежуточных стоек надеты пазами на две соседние стойки и опущены до уровня фундамента, межэтажного перекрытия или ригельных перемычек, кровельная система выполнена на основе стропильных балок или стропильных ферм из металлопрофиля и/или деревянного бруса, для крепления стропильных балок или ферм служат балки обвязки из деревянного бруса и/или металлопрофиля, закрепленные на ригельных балках, связывающих стойки. Угловые и узловые стойки имеют высоту, равную высоте стен здания. Промежуточные стойки имеют высоту одного этажа, а в проемах для дверей и окон шириной более ширины одной стеновой панели установлены составные промежуточные стойки, высота которых с учетом проема равна высоте одного этажа. Ригельные перемычки в нижней части оконного проема шириной более ширины одной стеновой панели с помощью шпилек закреплены на оголовках составных промежуточных стоек. Промежуточные стойки фронтонов имеют высоту, с учетом места установки на фронтонах. Пластины основания стоек для крепления на фундаменте выполнены по ширине не более толщины стеновых панелей, а пластины основания стоек для крепления на ригельной балке или ригельной перемычке - не более ширины балки или перемычки. Стеновые панели для монтажа под оконными, надоконными или дверными проемами, стеновые панели доборов на фронтонах нарезаны в соответствии с геометрией места монтажа. Опорные элементы для монтажа балок или ферм перекрытия выполнены на основе швеллера, который на узловых стойках жестко связан с навесными крепежными элементами ригельных балок, на промежуточных стойках жестко связан с пластинами основания стоек, а в интервале между стойками жестко закреплен на ригельной балке. Опорные элементы для монтажа панелей перекрытия выполнены в виде опорной пластины, например полосы листового материала или полки уголка, жестко закрепленных на ригельной балке в интервале между стойками, а на узловых и промежуточных стойках жестко связанных с навесными крепежными элементами и пластинами основания соответственно. Наружный ограждающий слой бетона в стеновых панелях выполнен с пигментными добавками и имеет заводскую декоративную отделку, например посыпку каменной или декоративной крошкой, графление нарезанными рустами, штампованным или накатанным рисунком.
Предложенный конструктив для возведения каркасно-панельных зданий имеет высокую степень унификации конструктивных элементов: стоек, стеновых панелей, соединительных элементов, позволяет применять различные варианты межэтажных перекрытий и кровельных систем, достаточно просто адаптируется под различные варианты планов и фасадов зданий, что обеспечивает его высокую гибкость при реализации различных архитектурных решений.
Исходя из результатов прочностных расчетов каркасов зданий, экономической целесообразности и с учетом необходимого запаса по несущей способности для изготовления стоек, ригельных балок, ригельных перемычек, балок обвязки, балок или ферм перекрытий, стропильных балок или ферм применяются различные варианты металлопрофиля, например двутавровые балки, швеллеры, прямоугольные трубы, деревянных брусов или композиции из металлопрофиля и дерева.
Наличие в составе конструктива промежуточных стоек позволяет при возведении многоэтажных зданий осуществлять монтаж стеновых панелей с уровня одного этажа. Применение составных промежуточных стоек и ригельных перемычек позволяет выполнять проемы для окон и дверей шириной более ширины одной стеновой панели, что делает возможной реализацию различных вариантов окон и дверей при строительстве зданий. Промежуточные стойки фронтонов применяют для монтажа стеновых панелей на фронтонах здания.
Использование предложенного конструктива обеспечивает снижение трудоемкости при изготовлении за счет унификации элементов здания, а также снижение трудоемкости при монтаже здания за счет упрощения системы монтажа стен и каркаса здания.
Применение стеновых панелей, имеющих заводскую декоративную отделку фасадной поверхности и теплоизоляционный слой, отвечающий требованиям сопротивления теплопередаче, обеспечивает сокращение затрат на отделку фасадов и высокие энергосберегающие показатели.
Расположение элементов каркаса внутри теплоизоляционного слоя стеновых панелей обеспечивает защиту от промерзания и повышает огнестойкость конструкции каркаса.
Пространственный каркас имеет жесткие связи по трем координатам и обладает определенной гибкостью при землетрясениях, что обеспечивает его высокую устойчивость. Представленные структура каркаса, набор узлов и элементов каркаса в совокупности с теплоэффективными стеновыми панелями обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики здания.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен вариант фасада двухэтажного дома. На фиг.2 - вариант плана расположения стоек на фундаменте. На фиг.3 показан вариант плана монтажа стеновых панелей на стойки. На фиг.4 приведен вариант плана монтажа балок перекрытия. На фиг.5 показан вариант стеновой панели. На фиг.6 приведен вариант крепления ригельных балок на узловой стойке. На фиг.7 представлен вариант крепления ригельной балки на угловой стойке. На фиг.8 показан вариант жесткого крепления опорного элемента на ригельной балке. На фиг.9 приведен вариант крепления ригельной перемычки с составной промежуточной стойкой. На фиг.10 - вариант крепления ригельной балки с промежуточными стойками. На фиг.11 представлен вариант крепления балки обвязки из деревянного бруса на ригельной балке. На фиг.12 приведен вариант крепления стропильной балки на оголовке промежуточной стойки фронтона в виде фрагмента А, выделенного на фиг.1. На фиг.13 - вариант технологической ниши в стеновой панели для монтажа балки перекрытия на опорном элементе жестко фиксированном на ригельной балке. На фиг.14 показан вариант технологической ниши в стеновой панели для монтажа панели перекрытия на опорной пластине в виде полки уголка жестко фиксированного на ригельной балке.
Каркасно-панельное здание в представленном варианте содержит фундамент 1, угловые стойки 2, узловые стойки 3, промежуточные стойки 4, составные промежуточные стойки 5, промежуточные стойки фронтонов 28, стеновые панели 6, стеновые панели для монтажа под оконными 29 и над оконными или дверными проемами 30, стеновые панели доборов 31, балки перекрытия 7 (см. фиг.4), стропила 8, ригели стропил 9, ригельные балки 10, ригельные перемычки 11, пластины основания 12 угловых стоек 2 и пластины основания 13 узловых 3, промежуточных 4 и составных промежуточных 5 стоек для крепления на фундаменте 1, пластины основания 14 промежуточных стоек 4, промежуточных стоек фронтонов 28 и составных промежуточных стоек 5 для крепления на ригельной балке 10 или ригельной перемычке 11, кобылки 15, угловые элементы 16 (см. фиг.3). Стеновые панели 6 содержат (см. фиг.5) наружную и внутреннюю обшивки 17, теплоизоляционный слой 18. По периметру стеновых панелей 6 в теплоизоляционном слое 18 вырезан паз 19, соответствующий варианту профиля стоек 2, 3, 4, 5, 28, ригельных балок 10, ригельных перемычек 11, брусков утеплителя (не показаны). Стеновые панели 29, 30 и 31 нарезают из стеновых панелей 6. Навесные крепежные элементы 20 ригельных балок 10 на узловых стойках 3 (см. фиг.6) и угловых стойках 2 (см. фиг.7) в представленном варианте выполнены из металлического уголка с крепежными отверстиями. Навесные опорные элементы 21 (см. фиг.6) и жестко фиксированные опорные элементы 23 (см. фиг.7, 8, 10) в представленном варианте выполнены из металлического швеллера с крепежными отверстиями для фиксации на опорном элементе несущих элементов перекрытия. Для крепления на узловых стойках 3 (см. фиг.6) опорные элементы 21 жестко связаны с металлическими уголками навесных крепежных элементов 20. Опорные элементы 23 (см. фиг.7, 8) жестко связаны с ригельными балками 10. Пластины основания 14 промежуточных стоек 4 (см. фиг.10), промежуточных стоек фронтонов 28, для крепления на ригельных балках 10, и составных промежуточных стоек 5, для крепления на ригельных балках 10 и ригельных перемычках 11, в представленном варианте выполнены их двух уголков, жестко закрепленных в нижней части стоек. Опорные элементы 23 (см. фиг.10) жестко связаны с уголками основания промежуточных стоек 4, составных промежуточных стоек 5 и промежуточных стоек фронтонов 28, установленных на ригельных балках 10, аналогично, как и с уголками крепежных элементов 20. Опорные элементы 21 на стойках 3 и опорные элементы 23 на ригельных балках 10 и стойках 4, 5 и 28 крепят только по осям установки балок 7 (см. фиг.4) или ферм перекрытия. Ригельные балки 10 с помощью шпилек 22 на оголовках (см. фиг.10) закреплены на промежуточных стойках 4 и составных промежуточных стойках 5. Ригельные перемычки 11 под оконными проемами шириной более ширины стеновой панели 6 с помощью шпилек 22 на оголовках (см. фиг.9) закреплены на составных промежуточных стойках 5. Балки обвязки 25 (см. фиг.11) закреплены на ригельной балке 10 шпилькой 26. В представленном варианте кровельной системы верхние концы стропил 8 (см. фиг.1) скреплены при помощи болтового соединения (не показано), стропила 8 стянуты ригелем стропил 9 и закреплены нижними концами на балках обвязки 25 с помощью крепежных перфорированных уголков. Карнизный свес выполнен с применением кобылок 15. Стропила 8 в плоскости фронтонов связаны с промежуточными стойками фронтонов 28 (см. фиг.12) с помощью шпилек 32 на оголовках стоек. Технологические ниши 24 (см. фиг.13, 14) предварительно вырезаны в стеновых панелях 6 глубиной до ригельных балок 10 под размер сечения опорной части несущих элементов перекрытия. Опорные пластины в виде уголка 27 (см. фиг.14) для монтажа панелей перекрытия в интервале между стойками жестко закреплены на ригельных балках 10, а на узловых 3 и промежуточных 4 стойках жестко связаны с навесными крепежными элементами 20 и пластинами основания 14 соответственно.
Монтаж зданий осуществляют следующим образом.
Для монтажа можно использовать различные фундаменты, например, столбчато-ростверковые, ленточные, монолитные плиты. На размеченном фундаменте 1 (см. фиг.2) с шагом равным ширине стеновых панелей 6 устанавливают стойки угловые 2, узловые 3, промежуточные 4 или составные промежуточные 5 (см. фиг.1). Между угловыми 2 и узловыми 3 стойками и между соседними узловыми 3 стойками устанавливают хотя бы одну промежуточную стойку 4 или составную промежуточную стойку 5. Стеновые панели 6, 29, 30, 31 (см. фиг.1), согласно планов фасадов, через оголовки промежуточных стоек 4, составных промежуточных стоек 5 или промежуточных стоек фасадов 28 одевают пазами 19 на шипы соседних стоек и опускают сначала до уровня фундамента 1 (см. фиг.3), затем до уровня предыдущего яруса стеновых панелей 6, ригельных перемычек 11 или ригельных балок 10. С учетом ограничений на длину балок 7 и ферм перекрытия и для распределения нагрузки от перекрытия в больших пролетах между рядами стоек, на основе которых возводят внешние стены, установлен один или более промежуточный ряд опорных стоек (см. фиг.2, 3). На фундаменте 1 в промежуточном ряду или рядах устанавливают узловые 3 и промежуточные 4 стойки, на основе которых монтируют внутренние стены.
В местах оконных и дверных проемов, в процессе монтажа стен, устанавливают ригельные перемычки 11, которые крепят на стойках с применением навесных опорных элементов 20. В оконных проемах шириной более ширины стеновой панели 6 ригельные перемычки 11 крепят шпильками 22 на оголовках составных промежуточных стоек 5 (см. фиг.9). На уровне межэтажных перекрытий в горизонтальный паз стыка стеновых панелей 6, 29, 30, 31 между угловыми 2 и узловыми 3 стойками и между соседними узловыми 3 стойками устанавливают на предварительно закрепленные нижние уголки навесных крепежных элементов 20 стоек 2, 3 и на шпильки 22 оголовков промежуточных стоек 4 и составных промежуточных стоек 5 ригельные балки 10. Стойки 2, 3, 4, 5 и 28, ригельные балки 10 и ригельные перемычки 11 по завершению монтажа стен здания полностью скрыты внутри теплоизоляционного слоя 18 стеновых панелей 6, 29, 30, 31.
Для монтажа применяют стеновые панели прошедшие предварительную заводскую обработку. В стеновых панелях 6 нарезаны пазы 19 и одновременно панели подрезаны до заданных размеров, что обеспечивает минимальные зазоры межпанельных стыков и точность монтажа стен здания. В стеновых панелях 6, 29, 31 с учетом места установки и варианта межэтажного перекрытия предварительно вырезаны технологические ниши 24. В ходе монтажа стен здания в горизонтальные пазы 19 стыка стеновых панелей 6 вне плоскости межэтажных перекрытий устанавливают уплотняющие элементы в виде брусков с соответствующим сечением из материала утеплителя.
На уровне межэтажного перекрытия ригельные балки 10 фиксируют стойки 2, 3, 4, 5 в заданном положении и служат опорой для промежуточных стоек 4, 5 вышестоящего этажа и промежуточных стоек фронтонов 28. После установки на ригельные балки 10 стоек 4, 5 вышестоящего этажа монтируют межэтажное перекрытие, например, на основе балок перекрытия 7 (см. фиг.4). Монтаж балок или ферм перекрытия осуществляют с применением опорных элементов 21 и 23. Монтаж панелей перекрытия выполняют на опорных пластинах, например, в виде полки уголка 27. Для монтажа первого яруса стеновых панелей от уровня межэтажного перекрытия применяют стеновые панели с предварительно вырезанными технологическими нишами 24 (см. фиг.13, 14), которые соответствуют сечению опорной части несущих элементов перекрытия. Монтаж стен здания завершают установкой балок обвязки 25, фиксируя их на ригельных балках 10 шпильками 26.
Кровельную систему, с учетом требований проекта к форме и типу крыши здания, монтируют на основе стропильных балок 8 или стропильных ферм, которые крепят на балках обвязки 25, например, с помощью крепежных перфорированных уголков.
Для вариантов зданий, использующих ненесущие стеновые панели, после завершения монтажа стен здания стыки между панелями заполняют герметиками. Всю нагрузку здания воспринимает пространственный каркас. Для вариантов зданий, использующих несущие стеновые панели, монтаж стеновых панелей выполняют с применением клея для кладки строительных блоков. Нагрузка здания распределяется между стенами и пространственным каркасом.
Источники информации
1. Патент РФ №716, МПК Е04В 01/00, опубл. 16.08.1995.
2. Патент РФ №89859, МПК Е04В 1/20, Е04В 2/56, опубл. 20.12.2009.
3. Патент РФ №2233367, МПК Е04В 1/00, опубл. 27.07.2004.
4. Патент РФ №2380492, МПК Е04В 1/00, опубл. 27.01.2010 - прототип.