Каркасный модуль здания
BUILDING FRAME MODULE

Изобретение относится к модульным пространственно-стержневым каркасам зданий и может быть использовано для возведения жилых домов, сезонных и постоянных спортивных, выставочных, торговых сооружений.
Известен каркасный модуль здания по Патенту РФ на полезную модель №86634, опубликованный 10.09.2009 г., МПК Е04Н 1/00, содержащий основание, каркас с внешними и внутренними обшивками и расположенным между ними утеплителем, потолок, пол и крышу и инженерные коммуникации, причем каркас модуля является несущим и выполнен из металлического профиля, образующего жесткую пространственно-замкнутую систему, при этом профиль является фиксирующим элементом для рамной конструкции из деревянного бруса, на которой закреплены внутренняя и внешняя обшивки потолка, стен и пола, при этом все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода и закрыты утеплителем.
Недостатком каркасного модуля здания является недостаточная эффективность объемно-планировочных показателей (отношение площади поверхности ограждающих конструкций к строительному объему модуля).
Известен каркасный модуль здания по Патенту РФ на полезную модель №127110, опубликованный 20.04.2013, МПК Е04Н 1/00. Каркасный модуль здания содержит основание, выполненное в виде верхнего и нижнего многоугольника, верхний многоугольник является вписанным в плане в нижний многоугольник и сдвинут на 0,5 стороны нижнего многоугольника, каркас модуля выполнен из прямолинейных металлических профилей-ребер, соединенных между собой крепежными узлами с образованием треугольных граней.
Недостатками каркасного модуля здания, являются недостаточно комфортная форма жилого объема и функциональность каркаса как модуля для создания более объемных конструкций.
За прототип взят каркасный модуль здания по Патенту РФ на изобретение №2604613, опубликованный 10.12.2016, МПК Е04В 1/32.
Каркасный модуль выполнен из прямолинейных профилей-ребер, соединенных между собой крепежными узлами, расположенными в вершинах образованных треугольных граней оснований в виде верхнего и нижнего многоугольников. Верхний многоугольник вписан в нижний многоугольник, причем каждые два ребра, выходящие из одного крепежного узла вершины нижнего многоугольника, соединены с тремя прямолинейными профилями-ребрами посредством узлов двух вершин верхнего многоугольника. Каркасный модуль снабжен дополнительными вертикальными ребрами, выходящими из узлов вершин нижнего многоугольника, ребра, соединяющие верхний и нижний многоугольники оснований и выходящие из одного узла вершины нижнего многоугольника, соединены с дополнительными вертикальными ребрами и между собой прямыми вставками, а вершины дополнительных вертикальных ребер соединены с узлами верхнего многоугольника каркаса.
К недостаткам прототипа относится недостаточная жесткость каркаса и сложность монтажа модуля.
Техническим результатом изобретения является обеспечение повышенной жесткости конструкции каркаса при снижении трудоемкости сборки за счет использования принципа самовозведения, унификация узлов и элементов, повышение транспортабельности, за счет облегчения опорных конструкций.
Особое значение возведение каркасных модулей имеет при строительстве в условиях Крайнего Севера - высокие аэродинамические и конструктивные свойства, возможность использования современных теплоизоляционных материалов, скорость и простота монтажа, возможность доставки в отдаленные районы всех составляющих модуля в компактно упакованном виде, малая нагрузка на основание позволяют применять подобные конструкции с большой эффективностью.
Характерная черта предлагаемого модульного пространственно-стержневого каркаса здания - отсутствие несущих конструкций в виде колонн, балок, массивных плоских перекрытий.
Технический результат достигается за счет того, что каркасный модуль здания, выполненный из прямолинейных профилей-ребер, соединенных между собой шарнирными узлами, расположенными в вершинах образованных треугольных граней оснований, в виде верхнего и нижнего многоугольников, верхний многоугольник является вписанным в плане в нижний многоугольник, количество сторон верхнего многоугольника в два раза превышает количество сторон нижнего многоугольника, каждый крепежный узел нижнего многоугольника соединен с двумя крепежными узлами верхнего многоугольника опорной фермой, состоящей из ребер каркаса (стержней), выходящих из одного крепежного узла вершины нижнего многоугольника и соединяющих ее с двумя крепежными узлами верхнего многоугольника, причем каждая опорная ферма выполнена из двух групп параллельных вертикальных, горизонтальных и наклонных стержней, расположенных во взаимно-перпендикулярных плоскостях, при этом нижний вертикальный стержень фермы является вертикальным ребром, выходящим из вершины нижнего многоугольника, крепежные узлы опорных ферм выполнены с возможностью поворота фермы вокруг оси стороны верхнего восьмиугольника, расположенной между крепежными узлами, а нижние части верхних вертикальных стержней ферм оборудованы крепежными узлами для установки балок второго этажа.
На Фиг. 1 - представлен общий вид каркаса модуля. На Фиг. 2 - представлен общий вид каркаса модуля в процессе монтажа, где:
1 - прямолинейные профили - ребра
2 - треугольные грани
3 - верхний многоугольник основания
4 - нижний многоугольник основания
5 - крепежный узел верхнего многоугольника
6 - вертикальный стержень опорной фермы
7 - горизонтальный стержень опорной фермы
8 - наклонный стержень опорной фермы
9- крепежный узел нижнего многоугольника
10 - опорная ферма
11 - вершина купола каркасного модуля
12 - сторона верхнего многоугольника, являющаяся осью вращения опорной фермы
13 - свайная опора фундамента
14 - вертикальное ребро каркасного модуля
Каркасный модуль здания выполнен из прямолинейных стержней-ребер 1, соединенных между собой шарнирными узлами, расположенными в вершинах (на фиг. поз. не обозначено) образованных треугольных граней 2 оснований. Основания выполнены в виде верхнего 3 и нижнего 4 многоугольников. Верхний многоугольник 3 является вписанным в плане в нижний многоугольник 4. Каждая опорная ферма выполнена из двух групп параллельных вертикальных 6, горизонтальных 7 и наклонных стержней 8, расположенных во взаимно-перпендикулярных плоскостях, причем нижний вертикальный стержень фермы является вертикальным ребром 14, выходящим из вершины нижнего многоугольника 9, крепежные узлы 5 опорных ферм 10 выполнены с возможностью поворота фермы вокруг оси стороны 12 верхнего восьмиугольника, расположенной между крепежными узлами каждой фермы, а нижние части верхних вертикальных стержней ферм оборудованы крепежными узлами для установки балок второго этажа (на фиг. не показано).
Все связи стержневых конструктивных элементов осуществляются шарнирным соединением по концам. В силу того, что все стержневые элементы и шарниры, соединяющие их, выполняются унифицированными, снижается трудоемкость изготовления модуля.
Сборка каркаса осуществляется на болтах непосредственно на стройплощадке, изготовление элементов предлагаемой конструкции выполняется в заводских условиях с использованием высокоточного станочного оборудования.
Малотрудоемкий процесс монтажа модуля с использованием принципов самовозведения на стройплощадке происходит за счет поворотов стержней относительно оси, проходящей через центр соединения и лежащей в одной плоскости со стержнями (фиг. 2). В начале формируют нижний четырехугольник каркаса основания 1, который является фундаментом здания, основой которого являются свайные опоры 13. В дальнейшем, непосредственно на земной поверхности собирают верхнюю часть каркасного модуля, включающую верхний многоугольник 3 основания каркаса с треугольными гранями, сходящимися в вершине купола каркасного модуля 11, и все четыре опорные фермы, которые присоединяются узлами 5 к верхнему многоугольнику каркаса.
С помощью грузоподъемного механизма за вершину 11 купола каркасного модуля поднимают собранный верхний многоугольник 3 основания каркаса, вместе с опорными фермами на высоту, определяемую выбранной длиной элементов опорных ферм, до установки их на свайные опоры 13 и прикрепляют вертикальные ребра 14 ферм к свайным опорам 13 крепежными узлами 9. По окончании монтажных работ места болтовые соединения затягиваются.
В стержневом пространственном модуле функции несущего остова и ограждения дифференцируются. Рассмотренный модуль из стержней с шарнирами по концам, образует остов или пространственный каркас. Ограждение может быть выполнено из легких навесных панелей в форме треугольников с эффективными теплоизоляционными материалами или гибких рулонных материалов. Технологическая возможность осуществлять процесс архитектурного формообразования и конструирования жесткой системы одновременно, использование для получения различных форм одних и тех же унифицированных элементов, позволяет считать данную конструктивную схему функционально гибкой и высокоиндустриальной.