УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И МАЛОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ ИЛИ СООРУЖЕНИЕ

Полезная модель относится к области строительства и строительных работ, материалов в виде блоков и панелей, а также к строительным элементам малой толщины для сооружения частей зданий и сооружений и может быть использована при возведении малоэтажных (1-3 этажа) производственных, административных и жилых зданий, сооружений для закладки фундаментов, возведения стен и перегородок, укладки перекрытий и плоских покрытий.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно, что существующие железобетонные блоки и стеновые панели сплошного сечения используются для закладки фундаментов, возведения стен и перегородок как многоэтажных, так и малоэтажных зданий. В последнем случае это ведет к чрезмерным запасам прочности, перерасходу материалов, большой стоимости погрузочно-разгрузочных, транспортных и монтажных работ.
Известны пустотелые железобетонные плиты (см. Байков В.Н., Сигналов Э.Е. «Железобетонные конструкции. Общий курс» М. Стройиздат 1991 стр. 284). Эти изделия используются в малоэтажном строительстве, хотя и предназначены для многоэтажных конструкций.
Они не могут быть использованы для укладки фундаментов и стен, а также не сочленяются между собой в надежный узел каркаса здания. Они не обладают свойствами унификации и универсальности изделий, что можно считать их общим недостатком при использовании в строительстве малоэтажных зданий.
Известны конструкции по а.с. СССР №1761894, опубл. 1990, №1770532, опубл. 1990 и другие, направленные на совершенствование конструкции существующих строительных изделий и не направленные на достижение унификации и универсальности строительных изделий, имеют строго определенное назначение. Они также не могут быть использованы в качестве фундаментных, стеновых изделий и элементов перекрытий при одной и той же конфигурации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является строительный элемент, выполненный в виде прямоугольного бруса из ячеистого бетона, снабженный армирующим элементом (см. патент РФ №73364, опубл. 20.05.2008).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится невозможность его использования в качестве единого универсального строительного элемента, большая материалоемкость.
Известны здания, в которых основными несущими конструкциями каркасов являются сборные, сборно-монолитные или монолитные колонны, многопустотные плиты перекрытий и диафрагмы жесткости, объединенные в единую пространственную систему железобетонными несущими и связевыми элементами плоских перекрытий (см. а.с. СССР №1776734, опубл. 1992 г.).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что такие каркасы экономически неэффективны из-за большой энергоемкости и материалоемкости несущих конструкций, производство которых требует больших затрат энергоресурсов.
Известно также малоэтажное здание, включающее фундамент, опорные стойки, плиты перекрытий и покрытия, ограждающие стеновые конструкции (см. патент РФ №2295010, опубл. 2006), принят за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится повышенная сложность сооружения здания из-за необходимости применения тяжелой строительной техники.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка облегченного изделия - универсального строительного элемента, который можно использовать для возведения всех частей малоэтажного здания или сооружения (фундамента, стен, перекрытия, перегородок и плоского покрытия - односкатного, двухскатного).
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в обеспечении универсальности строительных элементов, главным образом, индивидуального строительства, которое позволит резко снизить стоимость строительства за счет снижения стоимости изготовления и снижения расхода исходных материалов, сокращения объемов транспортных, погрузочно-разгрузочных работ, сокращения объемов строительных материалов, отказа от мощной монтажной техники и высококвалифицированных специалистов монтажников, изготовления универсального строительного элемента разной длины в одноразмерной металлической опалубке (форме) и, вследствие перечисленного, повышение производительности труда при монтаже здания, складировании, хранении, транспортировки, механизации и автоматизации производства, отсутствие труб и батарей отопления, т.е. существующих систем отопления, возможности возведения двухконтурных зданий и сооружений.
Кроме того, заявляемый универсальный строительный элемент технологичен в изготовлении из-за простоты формы поперечного сечения; обладает большой жесткостью каркаса, а сооружение из него имеет внешний привлекательный вид, сочетая удобство внутренней отделки и оформления стен, возможность получения стен различной толщины при использовании одного того же изделия - универсального строительного элемента и прокладки коммуникационных каналов между контурами сооружения.
Согласно полезной модели, эта задача решается универсальным строительным элементом с признаками, раскрываемыми в пункте 1 формулы полезной модели, малоэтажным зданием или сооружением, раскрываемым в пункте 3 формулы. Выгодные конструкции исполнения и целесообразные варианты исполнения полезной модели описываются в зависимых пунктах формулы.
Для достижения технического результата универсальный строительный элемент выполнен в виде бруса из керамзитобетона и снабжен армирующим элементом.
Особенностью является то, что он имеет пустоты, образованные перегородками с выполненными в них отверстиями, и заполненные легким утеплителем высокой прочности, на каждой грани или на двух гранях бруса выполнены отверстия, предназначенные для взаимного сочленения и фиксации, причем соотношение ширины бруса к толщине равно 1:1, или 1:2, или 1:3, а армирующие элементы выполнены в виде продольной арматуры и в виде арматуры сетки каркаса, при этом брус изготовлен в одноразмерной опалубке.
Согласно предпочтительному варианту поперечное сечение бруса может быть четырехгранным или восьмигранным.
Малоэтажное здание или сооружение, описываемое полезной моделью, содержит фундамент, перекрытия и покрытия, стеновые конструкции.
Особенностью является то, что в качестве основного конструкционного элемента фундамента, перекрытий, плоских покрытий, стеновых панелей, перегородок, перемычек, карнизов, стоков, косоуров, вентиляционных каналов использованы универсальные строительные элементы по п.1, скрепленные между собой средством крепления через совмещенные отверстия в гранях бруса и установленные с возможностью выполнения двухконтурных зданий или сооружений, имеющих внутренний и внешний контуры, между которыми расположены термоизолируемый наполнитель и/или коммуникационные и/или вентиляционные каналы.
Согласно предпочтительному варианту в угловых соединениях здания или сооружения выполнены ребра жесткости в виде вертикально расположенных строительных элементов.
Простота формы заявляемой полезной модели по п.1 определяет технологичность изготовления и использования как универсального, единого по форме сечения изделия при возведении здания. Универсальность позволяет изготавливать изделия как в заводских условиях для массового производства, так и непосредственно на строительной площадке.
Универсальность нужна для сокращения средств и материалов, удобства строительства малоэтажных домов. Только универсальность нового изделия позволит отказаться от тех строительных изделий (тяжелых фундаментных блоков, стеновых панелей и т.д.) которые предназначены для многоэтажных домов, и, следовательно, рассчитаны на большие нагрузки, и выпускаются только ДСК. В связи с расширением строительства индивидуальных домов и других малоэтажных зданий эта проблема стала тормозом в снижении стоимости и повышении качества этого строительства.
Универсальный строительный элемент укладывается и горизонтально и вертикально с жесткой фиксацией по всей длине. Очевидно, что количество движений при монтаже зданий из строительного элемента будет значительно меньше, что определяет более высокую производительность.
Универсальность заявляемого строительного элемента при использовании позволяет вести монтаж фундамента, стен, устройства перегородок, перемычек, перекрытий, плоского покрытия, карнизов, стоков, косоуров, вентиляционных каналов.
Универсальность заявляемого строительного элемента является необходимым условием развития индивидуального строительства в удаленных от промышленных центров сельских регионов и для целей МЧС и в военных целях.
Для осуществления признака универсальности изделия и обеспечения соответствующего технического результата необходимо наличие изделия, имеющего соответствующую конструкцию, например такую как заявляемый универсальный строительный элемент.
Выбор граничных значений параметров, каким является больший размер (длина) изделия обуславливается длиной стены, размерами в плане внутренних помещений (комнат) размерами по высоте и ширине оконных и дверных проемов.
Изготовление универсального строительного элемента разных размеров обеспечивает разработанная автором универсальная опалубка, позволяющая получать изделие разной длины, ширины и высоты за счет съемных элементов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-9.
Фиг. 1 иллюстрирует общий вид универсального строительного элемента в виде восьмигранного бруса.
Фиг. 2 иллюстрирует четырехгранный строительный элемент.
Фиг. 3 иллюстрирует угловой узел каркаса одноконтурного малоэтажного здания или сооружения.
Фиг. 4 иллюстрирует угловой узел каркаса двухконтурного малоэтажного здания или сооружения.
Фиг. 5 иллюстрирует угловой узел каркаса двухконтурного малоэтажного здания или сооружения с вертикальным ребром жесткости.
Фиг. 6-8 иллюстрируют варианты выполнения малоэтажных зданий.
Фиг. 9 иллюстрирует вертикальный срез возможного варианта малоэтажного двухконтурного здания.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Универсальный строительный элемент предназначен для возведения стен и крыши, а также для перекрытий, перемычек, фундаментов, карнизов, плоской крыши, прогонов малоэтажного здания или сооружения, вентиляционных каналов, но, главное, простая конструкция универсального строительного элемента позволяет создать роторную или кассетную мобильную установку, что позволит переместить производство к строительной площадке, в массовом производстве - почти полную механизацию и автоматизацию производства.
Универсальный строительный элемент 1 (фиг. 1 и 2) выполнен в виде бруса из керамзитобетона.
На каждой грани или на двух гранях выполнены отверстия 2 (фиг. 2) вдоль и поперек длины, предназначенные для взаимного сочленения по гранями ширины или толщины в зависимости от назначения монтажа.
Отверстия 3 выполнены на конце поверхности бруса для сочленения и фиксации на фундаментной плите и плите перекрытия (покрытия, карниза) и сочленения каждого универсального строительного элемента 1 при монтаже; а также при вертикальном монтаже.
В универсальном строительном элементе 1 предусмотрены пустоты 4 для заполнения легким утеплителем высокой прочности, образованные перегородками 5 с выполненными в них отверстиями 2. Пустоты 4 позволяют при их заполнении улучшить теплоизолирующие свойства и облегчить универсальный строительный элемент 1.
Универсальный строительный элемент 1 снабжен армирующими элементами в виде арматуры 6 сетки каркаса и продольной арматуры 7. Армирующие элементы выполняются из стеклопластика или углепластика для достижения требуемой прочности.
В зависимости от монтажа изделия внешними поверхностями могут оказываться поверхности 8 или 9, а при вертикальном монтаже - 10.
Соотношение ширины бруса к толщине равно 1:1, или 1:2, или 1:3. Брус изготавливают в одноразмерной опалубке.
Поперечное сечение бруса может быть как четырехгранным (фиг. 2), так и восьмигранным (фиг. 1).
Для универсального строительного элемента 1 используют бетон из керамзитового песка или из керамзитового гравия, а металлическая арматура заменяется на стеклопластиковую частично или полностью.
Тонкостенность универсального строительного элемента 1 и использование керамзита и керамзитового песка позволяют легко его разрезать.
Облегченность изделия и его размер позволяют использовать переносные краны типа «Пионер» от 0,5 до 2 тонн.
Конструкция универсального строительного элемента 1 имеет простую форму, такую, что изготовление ее мало чем отличается от изготовления обычной армированной плиты. Для изготовления универсального строительного элемента 1 автором разработана универсальная опалубка - форма, позволяющая получать универсальный строительный элемент 1 разной длины, ширины и высоты, в том числе и на автоматизированных линиях.
Универсальность строительного элемента 1 позволяет использовать одну форму заливки, меняя только арматурный каркас или обходиться без утеплителя (фундаментные блоки), то есть позволяет в одной форме ставить быстросъемные перегородки, которые позволяют менять длину заливаемого изделия, толщину и ширину, и материал в качестве заполнителя, а также менять каркас. Используя одну размерную форму можно создать малогабаритную мобильную линию, которую можно перемещать в любые труднодоступные районы, где звеном 3-4 человека можно в течении 3-5 месяцев возвести каркасы для 30 коттеджей.
Малоэтажное здание или сооружение содержит фундамент, перекрытия и покрытия, стеновые конструкции, перегородки, перемычки, карнизы, стоки, косоуры, вентиляционные каналы.
В качестве основного конструкционного элемента фундамента, перекрытий, плоских покрытий, стеновых панелей, перегородок, перемычек, карнизов, стоков, косоуров, вентиляционных каналов использованы универсальные строительные элементы 1, которые скреплены средством крепления через совмещенные отверстия 2, 3 в гранях бруса универсальных строительных элементов 1.
На фиг. 3 показан пример углового узла малоэтажного здания или сооружения при толщине стены, равной толщине универсального строительного элемента 1, т.е. сооружение выполнено в один контур.
На фиг. 4 показан в плане разрез (например, по отметке 0,5 м от уровня пола) по угловому узлу двухконтурного (внутренний контур 11 и внешний - 12) малоэтажного здания или сооружения с утеплителем 13, толщина стены при этом равна ширине универсального строительного элемента 1 (или нескольких).
При монтаже стены (фиг. 3 и фиг. 4) на внутренней поверхности стены окажутся отверстия. Они удобны для закладки в них деревянных или пластмассовых дюбелей, для облегчения отделки и оформления стены помещения, так как дерево, плитка или дюбель позволяют легко крепить различные предметы с помощью гвоздей, шурупов и дюбель-гвоздей. Отверстия 2 и 3 могут выполняться только на стороне монтажа.
Фиг. 5 иллюстрирует угловой узел двухконтурного каркаса малоэтажного здания или сооружения, где универсальный строительный элемент 1 выполняет функцию стеновой панели 14 в сочетании с функцией вертикальных ребер 15 жесткости. Внутренняя поверхность стеновой панели 14 имеет отверстия 2, которые могут использоваться для закладки (дюбель-гвозди) и другого крепежа с целью удобства внутренней отделки и оформления стен помещения.
Поскольку нагрузка на универсальный строительный элемент 1, выполняющего функцию фундаментной плиты 16 (фиг.6) может быть больше чем на стеновой 14 строительный элемент, то пустоты 4 универсального строительного элемента 1 заполняются керамзитобетоном, бетоном, также как и для карнизной плиты 17 (фиг. 7). Необходимый элемент крепежа при монтаже - болтовое или бетоношпилечное соединение диаметром 10-16 мм.
Фиг. 6 иллюстрирует двухконтурный каркас малоэтажного здания, где универсальный строительный элемент 1 выполняет функции фундаментной плиты 16, фундамента 18, стеновой панели 14, прогонов 19. Толщина стены при этом равна толщине универсального строительного элемента 1.
Фиг. 7 иллюстрирует малоэтажное здание, где универсальный строительный элемент 1 выполняет функции плиты перекрытия 20, карнизной плиты 17, двускатной крыши 21, а каркас малоэтажного здания выполнен двухконтурным.
Фиг. 8 иллюстрирует сооружение, где универсальный строительный элемент 1 представлен в функциях прогона 19, перекрытия 20, карнизной плиты 17.
На фиг. 9 представлен вертикальный срез малоэтажного двухконтурного здания.
Между внутренним 11 и внешним 12 контурами каркаса малоэтажного здания может быть уложен термоизолируемый наполнитель или выполнены коммуникационные или вентиляционные каналы 22. Также могут быть выполнены отверстия для приточной вентиляции 23. В данном примере универсальный строительный элемент 1 выполняет функции заливных полов 24, плиты перекрытия 20, стяжки пола 25, плоской кровли 26, плиты парапета 27, плиты покрытия 28.
При монтаже внахлест со смещением на шаг отверстий можно собрать сооружение любой длины или ширины, или высоты при условии усиления арматуры и прочности заполнителя керамзитобетона, что позволяет быстро собирать опорные стены временных плотин, траншей, откосов котлованов, траншей и т.д.
Изделие, суперпростое в изготовлении и облегченное в 1,5-1,6 раза по сравнению с бетоном, позволяет за счет увеличения теплоизолируемого пространства между контурами здания или сооружения собирать их для любой климатической зоны по технологии «термоса».
В качестве опытных образцов была изготовлена партия универсальных строительных элементов из керамзитобетона длиной 5400 мм, шириной 510 мм, высотой 250 мм. Соотношение ширины бруса к толщине 1:2. На каждой грани бруса по ширине и по толщине и в перегородках были выполнены отверстия диаметром 10 мм. В качестве утеплителя для заполнения пустот использовался пенополистирол, обладающий высокой прочностью, легко обрабатывается режущим инструментом, водостоек и не горюч. Армированные элементы выполнены из стеклопластика.
При монтаже каркаса здания использовался переносной кран типа «Пионер» от 0,5 до 2 тонн.
Монтаж здания или сооружения с использованием универсального строительного элемента 1 осуществляют в следующей последовательности.
Монтируют фундамент, затем плиты перекрытия.
Монтируют стеновые и перегородочные панели, дверные и оконные проемы.
Монтируют плиты перекрытия и элементы покрытия.
Осуществляют внешнюю и внутреннюю отделку здания или сооружения.
Таким образом, при использовании заявляемого универсального строительного элемента обеспечивается достижение следующих показателей:
- Возможность использования универсального строительного элемента при возведении одно-, двух или трехэтажного сооружения в качестве универсального изделия для возведения фундамента, стены, перекрытия, покрытия, карниза, прогона, лестницы, ступеней.
- Возможность возведения двухконтурных каркасов зданий и сооружений.
- Монтаж первых этажей и фундамента позволяет вести монтаж краном-манипулятором непосредственно с транспортного средства.
Таким образом, заявляемая полезная модель может быть использована в народном хозяйстве и обладает следующими преимуществами:
- Заявляемый универсальный строительный элемент обладает свойствами стеновой панели, панели перекрытия и покрытия, которая может быть даже использована для плоского покрытия, когда изделие работает на изгиб.
- Стена из заявляемого изделия значительно устойчивее из-за того, что каждый универсальный строительный элемент работает в совокупности с другими, составляющими стену, сочленяется по всей длине (высоте) и представляется монолитной, что особенно важно в сейсмических районах. Арматурная сетка для стеновых строительных элементов в соответствии с расчетом может быть облегченной по сравнению с арматурной сеткой для универсального строительного элемента, предназначенного для перекрытий и покрытий.
- Наличие же заявляемого универсального строительного элемента практически сводит перечень форм для заливки строительных изделий для возведения дома до единицы, то есть здание можно построить, имея только одноразмерную форму для изготовления изделий дома.
- Поскольку универсальный строительный элемент предназначен для одно-, двух- и трехэтажных зданий, то для строительства не нужно использовать те изделия, которые изготавливаются на домостроительных комбинатах для многоэтажных домов.
Все это сокращает объем перевозок, расход материалов и затраты на монтажные работы, снижает время для возведения здания, повышает производительность труда и позволяет делать «термособразный» каркас здания, и позволяет отказаться от изделий, предназначенных для многоэтажного строительства. Развитие же малоэтажного строительства постоянно требует изготовления в промышленных масштабах изделий заявляемого строительного элемента.
Заявляемый универсальный строительный элемент представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволяет значительно повысить производительность труда (по предварительным подсчетам на 20-30%), снизить себестоимость строительства малоэтажных домов на 18-25%, обеспечить их интенсивное строительство из строительных материалов по единичной номенклатуре изделий доведя изготовление изделий почти до полной автоматизации (75-80%).
Заявляемое решение не окажет отрицательного воздействия на состояние окружающей среды, но из-за сокращения транспортных, погрузочно-разгрузочных, монтажных работ сократит расход топлива на эти виды работ и, таким образом, окажет благоприятное влияние на окружающую среду, сокращает территорию по площадке складирования, нет необходимости иметь спецоборудование и спецтранспорт.
Изделие применимо для МЧС и вооруженных сил для строительства защитных и оборонительных сооружений.