Сборно-разборное сооружение для арктической зоны
COLLAPSIBLE STRUCTURE FOR THE ARCTIC ZONE

Изобретение относится к области строительства, а именно к сборно-разборным сооружениям, возводимым в сложных грунтовых условиях, в том числе на вечномерзлых грунтах или толще льда, и может быть применено для быстрого возведения жилых и административных зданий, а также для быстрого демонтажа и перевозки таких сооружений на новое место вместе с фундаментом.
Известно сборно-разборное здание, состоящее из основания, отдельно выполненных стен и потолка, которые при сборке крепятся между собой, например, при помощи резьбовых соединений, упомянутые стены крепятся к основанию, а потолок - к стенам, элементы здания укладываются вовнутрь на основание при его транспортировки к месту сборки (Патент РФ №2426841, опубл. от 20.08.2011). Недостатком этого здания является его частичная мобильность, так как транспортировке подлежит только часть общего сооружения, а основание под это здание должно являться стационарным и должно заранее сооружаться на месте будущей эксплуатации.
Известно устройство сборно-разборного здания, состоящее из основания, готовых стеновых панелей с окнами, дверями и теплоизоляцией и специальных соединительных профильных вставок, посредством которых стеновые панели соединяются между собой (Патент РФ №2126877, опубл. от 27.02.1999). Недостатком известного сборно-разборного здания является то, что оно не может быть применено для арктических регионов с вечномерзлым грунтом без специально созданного фундамента и имеет большое количество соединительных профильных вставок для соединения стеновых, потолочных и напольных панелей, что приводит к большой трудоемкости и себестоимость монтажа такого здания на месте сборки.
Известно, что одной из проблем строительства зданий на вечномерзлых грунтах является необходимость сохранения мерзлого состояния грунтов в области основания фундамента и снижения теплопередачи от здания к вечномерзлым грунтам (Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1984. - 156 с.).
Известно устройство жилого арктического дома, который в продольном сечении выполнен в форме круглого или многоугольного кольца для снижения ветровой нагрузки и уменьшения теплопотерь в суровом арктическом климате (Заявка на изобретение РФ №2008101346, опубл. от 20.07.2009, бюл. №20). Однако строительство сборно-разборного дома круглой формы или в виде многоугольника достаточно трудоемко. Наиболее удобной для строительства арктических домов округлой формы является форма в виде восьмиугольника - октагональная форма.
Известны строительные сооружения, имеющие оригинальную октагональную форму (Кавельмахер В.В., Панова Т.Д. Остатки белокаменного храма XIV в. на Соборной площади Московского Кремля. В кн.: Культура средневековой Москвы XIV-XVII вв. М., 1995. - стр. 74-75). Однако данные сооружения имеют сплошной фундамент и не могут быть применены для регионов, расположенных в арктической зоне с вечномерзлым грунтом.
Известно, что форму октагона (восьмигранника) могут иметь различные строительные элементы, например, может быть шпиль сооружения октагональный формы в виде восьмигранной пирамиды, а также небольшие постройки в классической традиции (Энтони Уайт, Брюс Робертсон. Архитектура. Формы, конструкции, детали. Иллюстрированный справочник, Москва, Изд.: ACT Астрель, 2005 - стр. 75).
Известно устройство здания для северных регионов, выполненное в виде объемного цельносварного каркаса из угловой стали на несущей раме из швеллеров. Облицовка и кровля каркаса выполнены из листовой стали или строганных досок снаружи, а с внутренней стороны - древесно-стружечными плитами или клеевой фанерой (Сапрыкина Н.А. Мобильное жилище для Севера. Стройиздат. Ленинградское отделение. Ленинград. 1986, стр. 64-65). Недостатком известного мобильного здания является наличие внутри здания металлических изделий, закрепленных непосредственно на металлическом каркасе, что приводит к появлению многочисленных "мостиков холода".
Известны различные строительные материалы с низкой теплопроводностью, например, строительный керамический камень с заполнением, который может быть использован для кладки стен и других элементов зданий и сооружений. Камень содержит формованный каркас из керамики с пустотами, заполненными теплоизоляционным материалом (Патент на полезную модель РФ №109755, опубл. от 27.10.2011, бюл. №30). Данный строительный камень обладает низким коэффициентом теплопроводности и высокой марочностью.
Известно здание на вечномерзлых грунтах, представляющее собой сооружение на свайном фундаменте. Сваи имеют сплошное сечение, частично возвышаются над поверхностью грунта и объединены сверху ростверком. Пространство между поверхностью грунта и ростверком (проветриваемое подполье) минимизирует отепляющее влияние сооружения на грунты основания (Возведение фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов / под ред. Бондарева П.Д. - М.: Госстройиздат, 1962. - С. 11-12). Недостатком конструкции является наличие значительного «теплового моста», который передает тепло от здания к фундаменту через сваи, что может привести к размораживанию вечномерзлого грунта в районе свайного фундамента.
Известно устройство сооружения, возводимое на вечномерзлых грунтах в арктической зоне, которое устанавливается на металлические сваи, расположенными над поверхностью грунта с образованием проветриваемого подполья (Патент РФ на полезную модель №30771, опубл. от 10.07.2003, бюл. №19). Однако данное техническое решение предназначено для стационарных сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, и требует необходимости создания ростверков и опорных свайных плит, что приводит к значительному удорожанию строительства сооружения за счет увеличения стоимости работ и металлоемкости конструкции, а также приводит к созданию «тепловых мостов» от сооружения к вечномерзлым грунтам и их деформации в летний период эксплуатации. Кроме этого, прямоугольная геометрическая форма здания приводит к увеличению «теплопритоков» от холодного воздуха во время зимнего периода эксплуатации и необходимости большого расхода тепловой энергии для обеспечения комфортной температуры внутри мобильного здания.
Известна конструкция железобетонной винтовой сваи, содержащая корпус круглого сечения, охваченный снаружи спиралевидной структурой по всей его высоте. Корпус выполнен в виде монолитного прямого конуса по всей высоте. Оголовок сваи выполнен прямоугольного или квадратного сечения, грани которого служат упорами для ключа при заворачивании сваи в грунт (Патент на полезную модель РФ №78497, опубл. от 27.11.2008, бюл. №33).
Известен способ подъема зданий и сооружений с помощью домкратов. Первоначально домкратами задавливают составные сваи в грунт, затем домкратами с опорой на оголовки свай поднимают сооружение (Патент РФ №2333322, опубл. от 10.09.2008, бюл. №25). Однако данный способ подъема сооружений с использованием вдавливания составных свай предназначен только для уже существующих сооружений и не может быть применен для сооружений возводимых на вечномерзлых грунтах ввиду их особой прочности.
Известно устройство сборно-разборного сооружения, с возможностью его переноса на новое место вместе с фундаментом и возводимое в сложных грунтовых условиях, в том числе на вечномерзлых грунтах, основание (пол) которого установлено на механизмах вертикального перемещения, выполненных в виде винтового стержня с гайкой, при этом механизмы вертикального перемещения размещены на опорных элементах, заглубленных в грунт, имеющих сквозной канал для прохода винтового стержня механизма вертикального перемещения, а под опорными элементами делается небольшая выемка грунта и укладывается песчаная подушка (Патент РФ №2117109, опубл. от 10.08.1998).
Недостатком данного технического решения является сложность процесса выемки вечномерзлого грунта для заглубления опорного элемента, наличие «тепловых мостов» от сооружения к вечномерзлому грунту, что может привести к оттаиванию вечномерзлого грунта и деформации положения опорного элемента, отсутствие проветриваемого подполья необходимой высоты ввиду малой длины винтового стержня механизма вертикального перемещения ограниченного длиной полости в опорном элементе, а также невозможность размещения сооружения на льду, поскольку под опорные элементы требуется выемка в толще льда и укладка песчаной подушки.
Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в возможности быстрой сборки сооружения, как на вечномерзлых грунтах, так и на ледовой поверхности (толще льда), в том числе и со сложным рельефом местности, снижения трудоемкости создания фундамента сборно-разборного сооружения, обеспечивающего создание проветриваемого подполья необходимой высоты между поверхностью вечномерзлого грунта и основанием сооружения, минимизации теплопередачи от сооружения к вечномерзлому грунту за счет применения подставок из материала с низкой теплопроводностью, а также снижение снежных заносов и уменьшение тепловых потерь при эксплуатации сооружения за счет использования обтекаемой октагоновой формы сооружения с плоской крышей и основанием, собираемого из отдельных секций, имеющих слой теплоизоляции, на месте установки.
Для достижения данного технического результата сборно-разборное сооружение для арктической зоны, с возможностью его переноса на новое место вместе с фундаментом и возводимого в сложных грунтовых условиях, в том числе на вечномерзлых грунтах, основание которого установлено на механизмах вертикального перемещения, при этом механизмы вертикального перемещения размещены на опорных элементах, заглубленных в грунт, снабжено опорными элементами, выполненными в виде винтовых свай, ввинченных в вечномерзлый грунт или толщу льда, механизмами вертикального перемещения, выполненными в виде домкратов, которые своей нижней частью установлены на подставки из материала с низкой теплопроводностью в виде стаканов для надежной фиксации домкратов, подставки прикреплены к оголовкам винтовых свай, а сооружение в поперечном разрезе выполнено в виде объемного блока октагоновой формы, собираемого на месте установки из отдельных секций, имеющих слой теплоизоляции, при этом сооружение после его сборки поднимают с помощью домкратов на необходимую высоту для образования проветриваемого подполья и обеспечения горизонтального расположения секций основания и крыши сооружения относительно уровня земли вне зависимости от рельефа местности, после чего положение домкратов фиксируют на одинаковой высоте при ровной поверхности рельефа или на разной высоте в случае неровного рельефа местности.
Введение в состав сборно-разборного сооружения для арктической зоны опорных элементов, выполненных в виде винтовых свай, механизмов вертикального перемещения, выполненных в виде домкратов, которые своей нижней частью установлены на подставки из материала с низкой теплопроводностью в виде стаканов для надежной фиксации домкратов, прикрепленных к оголовкам винтовых свай, а также выполнение сооружения в виде объемного блока октагоновой формы, собираемого на месте установки из отдельных секций, имеющих слой теплоизоляции, с плоской крышей и основанием, и поднятие сооружения после его сборки с помощью домкратов на необходимую высоту для образования проветриваемого подполья, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности размещения сооружения не только на вечномерзлом грунте, но и на ледовой поверхности (толще льда), за счет ввинчивания винтовых свай как в вечномерзлый грунт, так и в лед, снижения трудоемкости создания фундамента за счет применения винтовых свай и механизмов вертикального перемещения, обеспечивающих создание проветриваемого подполья необходимой высоты между поверхностью вечномерзлого грунта и основанием сооружения, минимизацию теплопередачи от сооружения к вечномерзлому грунту за счет применения подставок из материала с низкой теплопроводностью между сваями, ввинченными в вечномерзлый грунт, и домкратами, а также снижение образования снежных заносов, уменьшение тепловых потерь при эксплуатации сборно-разборного сооружения за счет использования обтекаемой формы сооружения в виде октагона (восьмиугольника), собираемого из отдельных секций, имеющих слой теплоизоляции, и обеспечение горизонтального положения секций основания и крыши сооружения относительно уровня земли в случае неровного рельефа местности за счет поднятия домкратов на разную высоту.
На фиг. 1 изображено сборно-разборное сооружение для арктической зоны (поперечный разрез сооружения).
Сборно-разборное сооружение для арктической зоны в поперечном разрезе выполнено в виде объемного блока октагоновой (восьмиугольной) формы, собираемого из отдельных секций 1, имеющих слой теплоизоляции 2, на месте установки. Секции крыши 3 и основания 4 выполнены горизонтальными относительно уровня земли.
Основание 4 сборно-разборного сооружения установлено на механизмы вертикального перемещения 5, выполненные в виде домкратов (например, механических или гидравлических). Домкраты 5 своей нижней частью установлены на подставки 6 из материала с низкой теплопроводностью в виде стаканов для надежной фиксации домкратов 5. Подставки 6 прикреплены к оголовкам винтовых свай 7, ввинченных в грунт (или толщу льда) 8. Винтовые сваи 7 могут быть изготовлены из различных материалов, например, железобетона или металла. Между основанием 4 сборно-разборного сооружения и уровнем грунта 8 располагается проветриваемое подполье 9.
Сборно-разборное сооружение для арктической зоны возводится и эксплуатируется следующим образом.
Для возведения сборно-разборного сооружения для арктической зоны секции сооружения 1 со слоями теплоизоляции 2, нанесенными в заводских условиях, в разобранном виде (в виде компактной упаковки) доставляются к месту строительства транспортным средством.
На месте возведения в вечномерзлый грунт (или толщу льда) 8 ввинчиваются винтовые сваи 7. На оголовки (верхние части) винтовых свай крепятся подставки 6 из материала с низкой теплопроводностью в виде стаканов. На подставки 6 устанавливаются домкраты 5. После установки домкратов 5 на них крепят секцию основания 4, после этого осуществляется сборка остальной части сборно-разборного сооружения из секций 1. Секция крыши 3 устанавливается последней, а собранное сооружение имеет в поперечном разрезе вид октагона (восьмиугольную форму).
Сборно-разборное сооружение после его сборки из секций 1 поднимают с помощью домкратов 5 на необходимую высоту для образования проветриваемого подполья 9, после чего положение домкратов 5 фиксируют. Домкраты 5 фиксируют на одинаковой высоте при ровной поверхности рельефа местности или на разной высоте в случае неровного рельефа местности (склоны, овраги и т.д.) для обеспечения горизонтального положения секций основания 4 и крыши 3 сооружения относительно уровня земли.
Демонтаж сборно-разборного сооружения для его транспортировки в другое место производится в обратном порядке.
Источники информации
1. Патент РФ №2426841, опубл. от 20.08.2011.
2. Патент РФ №2126877, опубл. от 27.02.1999.
3. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1984. - 156 с.
4. Заявка на изобретение РФ №2008101346, опубл. от 20.07.2009, бюл. №20.
5. Кавельмахер В.В., Панова Т.Д. Остатки белокаменного храма XIV в. на Соборной площади Московского Кремля. В кн.: Культура средневековой Москвы XIV-XVII вв. М., 1995. - стр. 74-75.
6. Энтони Уайт, Брюс Робертсон. Архитектура. Формы, конструкции, детали. Иллюстрированный справочник, Москва, Изд.: ACT Астрель, 2005 - стр. 75.
7. Сапрыкина Н.А. Мобильное жилище для Севера. Стройиздат. Ленинградское отделение. Ленинград. 1986, стр. 64-65.
8. Патент на полезную модель РФ №109755, опубл. от 27.10.2011, бюл. №30.
9. Возведение фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов / под ред. Бондарева П.Д. - М.: Госстройиздат, 1962. - С. 11-12.
10. Патент РФ на полезную модель №30771, опубл. от 10.07.2003, бюл. №19.
11. Патент на полезную модель РФ №78497, опубл. от 27.11.2008, бюл. №33.
12. Патент РФ №2333322, опубл. от 10.09.2008, бюл. №25.
13. Патент РФ №2117109, опубл. от 10.08.1998 - прототип.