МОДУЛЬНЫЙ СКЛАДНОЙ КАРКАС ЗДАНИЯ
MODULAR FOLDING FRAMEWORK OF BUILDING

Изобретение относится к области строительства, в частности к зданиям каркасной системы.
Известно СКЛАДНОЕ ЗДАНИЕ ШАТРОВОГО ТИПА (патент РФ 2029829 С1, опубл. 27.02.1995), включающее установленные на фундаментах складные транспортабельные секции, каждая из которых состоит из наклонных ограждающих панелей с окнами, шарнирно сочлененных с панелями междуэтажных перекрытий, вертикального силового элемента, к которому с противоположных сторон прикреплены панели междуэтажных перекрытий, монтажные петли, торцевые панели, отличающееся тем, что каждый вертикальный силовой элемент выполнен в виде объемного блока, образованного двускатной кровлей с карнизами, вытяжной трубой с дефлектором и закрепленной на них сверху монтажной петлей, имеющими двери боковыми стенами, жестко соединенными с двускатной кровлей, и траверсой, объединяющей стены понизу, при этом объемные блоки секций выполнены трех типов, два из них снабжены лестничными полу-маршами с ограждением и лестничными площадками, образующими лестничную клетку при соединении, а третий тип блока имеет дополнительные панели междуэтажных перекрытий, жестко соединенные с боковыми стенками, причем наклонные ограждающие панели выполнены ломаной формы с верхним наклонным участком, соответствующим уклону кровли объемного блока, и нижним вертикальным участком со свесом, являющимся продолжением средней части наклонных ограждающих панелей, при этом каждый объемный блок снабжен направляющими из швеллеров для перемещения верха наклонных участков, а на уровне низа направляющих выполнены прямоугольные ниши с опорной нижней гранью.
Недостатком решения по патенту 2029829 является отсутствие возможности сложить в компактное положение лестничную клетку, что удорожает транспортировку здания; большое количество подвижных соединений, в связи с чем заклинивание конструкции более вероятно, чем в заявляемом изобретении; невозможность разместить лестничный марш в пространстве одной секции; необходимость наличия и одновременной работы двух кранов для возведения здания; необходимость подъема перед монтажом сложенной секции на высоту, превышающую высоту конечного изделия (здания) с помощью крана, что требует наличия крана с соответствующими грузовысотными характеристиками; необходимость выполнения части монтажных операций над секцией, когда она находится на весу, что требует высокой квалификации и точной координации действий рабочих.
В заявляемом изобретении данные недостатки отсутствуют: лестничная клетка может быть сложена в компактное положение вместе с остальным объемом секции; ввиду отсутствия деления каркаса секции на две шарнирно соединенные с жестким ядром половины уменьшается количество подвижных соединений, что создает меньшую вероятность заклинивания; лестничный марш может быть размещен в пределах одной секции; необходимость использования кранов отсутствует; все монтажные операции производятся после того как секция зафиксирована на фундаменте, что упрощает монтаж и обеспечивает безопасность производства работ.
Также известно ПЕРЕДВИЖНОЕ СКЛАДНОЕ ЗДАНИЕ (патент РФ 2161228 С2, В60Р 3/34, опубл. 25.10.1995), содержащее центральную конструкцию, которая имеет пол, крышу, переднюю и заднюю торцевые стены и боковые стены и которая раскладывается по меньшей мере в одном направлении, причем нижняя кромка боковой стены шарнирно соединена с наиболее удаленной секцией из по меньшей мере двух складных секций пола, из которых наиболее внутренняя секция шарнирно соединена с нижней кромкой центральной конструкции, и верхняя кромка боковой стены шарнирно соединена с наиболее удаленной секцией из по меньшей мере двух складных секций крыши, из которых наиболее внутренняя секция шарнирно соединена с верхней кромкой центральной конструкции, в дополнение к чету передняя и задняя стены шарнирно соединены с центральной конструкцией и выполнены с возможностью поворота наружу и фиксирования в этом положении по кромкам секций пола и секций крыши, отличающееся тем, что шарнирное соединение наиболее наружной секции крыши на верхней кромке боковой стены расположено выше, чем шарнирное соединение наиболее внутренней секции крыши на верхней кромке центральной конструкции, причем сложенные секции крыши в неразложенном положении уложены поверх крыши центральной конструкции и центральная конструкция имеет по меньшей мере две параллельные балки с опорами на землю, которые выступают в направлении раскладывания центральной конструкции и служат опорой для боковой стены.
Недостатком данного решения является большое количество подвижных соединений и стыков каждой складной конструкции, невозможность возводить здания этажностью более 1 этажа, необходимость специально оборудованной автомобильной платформы с регулируемыми опорами для возведения и транспортирования здания.
В заявляемом изобретении данные недостатки отсутствуют ввиду отсутствия деления каркаса секции на две шарнирно соединенные с жестким ядром половины уменьшается количество подвижных соединений, что создает меньшую вероятность заклинивания; этажность здания может быть от 1 до 5 этажей; необходимость использования специально оборудованных платформ для транспортирования и возведения зданий данной системы отсутствует.
1
1
Известно модульное здание по патенту РФ № 2240400 С1, опубл. 15.01.2004, состоящее из соединенных друг с другом складных блоков-пакетов. Быстровозводимое здание универсального назначения, содержащее последовательно установленные и соединенные друг с другом в рабочем положении жесткими связями объемные блоки с размещенными в проемах стен дверными и оконными блоками отличается тем, что объемные блоки выполнены в виде замкнутых и/или пространственных в рабочем положении складных блок-пакетов повышенной готовности, имеющих образующие крышу потолочные плиты с наклонными под углом  в 1-4° к горизонту наружными поверхностями с нанесенным на каждую из них герметичным покрытием, причем швы между блок-пакетами заделаны герметиками, при этом ширина "S" каждого блок-пакета не превышает железнодорожный габарит по ширине, а высота "H" каждого блок-пакета в сложенном виде и длина "L" складного пространственного блок-пакета в рабочем положении соответственно меньше высоты "Н" блок-пакета в рабочем положении и длины "L" складного пространственного блок-пакета в сложенном виде в 2-5 и 0,4-2 раза.
Данное изобретение является наиболее близким аналогом-прототипом заявляемого изобретения.
Недостатком технического решения по патенту № 2240400 является ограниченная этажность блок-пакетов, из которых состоит здание: в вышеуказанном патенте реализуются только одноэтажные блок-пакеты; невозможность изготовить многоэтажный блок-пакет с лестницей; наличие швов на поверхностях стен; большее по сравнению с заявляемым изобретением удельное количество подвижных соединений на один этаж (для рядовой секции, не включающей в себя лестницу), необходимость транспортировки блок-пакетов только железнодорожным транспортом («…при этом ширина "S" каждого блок-пакета не превышает железнодорожный габарит по ширине…» - из формулы изобретения №2240400), уменьшение блок-пакетов в размерах по высоте в сложенном состоянии в 2-5 раз по сравнению с аналогичным размером в рабочем положении.
Заявляемое изобретение ставит перед собой задачи сделать возможным оперативное возведение зданий этажностью 1-5 этажей, сделать транспортировку частей быстромонтируемого здания более экономичной, упростить технологию монтажа здания и минимизировать потребность строительства в специальной технике и трудозатратах, повысить уровень механизации и автоматизации производства строительных конструкций для малоэтажного строительства, расширить возможности изменения типоразмеров и эксплуатационных качеств изделия без необходимости переоснащения производства, уменьшить массово-габаритные характеристики системы по сравнению с существующими аналогами сопоставимого полезного объема (строительного объема здания), упростить возведение зданий этажностью 1-5 этажей.
Технический результат заключается в том, что за счет шарнирного соединения составляющих рам, каркас способен принимать пригодное для транспортировки любым (в том числе, грузовым, автомобильным, железнодорожным, водным, воздушным и пр.) транспортом положение, тем самым достигается возможность компактного складывания секций в транспортабельное положение, характеризующееся уменьшением высоты секции в сложенном состоянии в 4-8 раз по сравнению с проектным (рабочим) при этажности от 1 до 5 этажей и соответствием размеров сложенной секции габариту, пригодному для транспортировки, в том числе грузовыми автомобилями. Этажность секций делает каркас пригодным для возведения как складских, производственных, сельскохозяйственных, так и жилых зданий. Это позволяет большую часть операций, связанных с изготовлением здания, производить в условиях цеха, механизировать процесс сборки и, как следствие, уменьшить трудоемкость конечного продукта, особенно монтажных работ. Данный технический результат достигается как для рядовой секции, так и для секции с лестницей.
Технический результат достигается за счет шарнирного соединения рам стен, перекрытий, стропильной системы, что делает возможным мобильную транспортировку секции и возведение ее на местности без специальной техники.
Раскрытие изобретения
Модульный вариативной этажности складной каркас здания содержит шарнирно соединенные между собой жесткие рамные конструкции, образующие стены, перекрытия, стропильную систему, в проектном (рабочем) положении представляет собой замкнутый в разрезе контур, разделенный по вертикали на отдельные объемы (этажи) перекрытиями, покрытый двускатной кровлей. Образующие каркас жесткие рамы стен, перекрытий и кровли, представляющие подобие плоских ферм, обеспечивают каждой секции и зданию в целом прочность и жесткость. При этом конструкция рам может включать в себя проемы различных размеров (дверные, оконные - в рамах стен и стропильной системы, проемы для лестниц и люков - в рамах перекрытий). Каждая из рам состоит из нескольких ламелей, различной (прямой, г-образной, t-образной и z-образной) формы. При этом пространство между ламелями каркаса представляет собой подобие шахты, имеющей постоянное по длине прямоугольное сечение, что упрощает монтаж ограждающих конструкций внутрь рамы. Шарнирные соединения расположены со смещением относительно главной оси ламелей, через которые проходит ось вращения шарнира, чтобы исключить возможность взаимного пересечения стен и перекрытий в процессе складывания в транспортабельное положение.
Вариативной этажности складной каркас секции здания с расположенной в пределах полезного объема секции лестницей представляет собой конструкцию, имеющую в своем составе шарнирно соединенные с остальным каркасом стойки и расположенную между стойками лестницу, косоуры (тетивы) которой шарнирно соединены со стойками лестницы напрямую и через шатуны, обеспечивающие возможность складывания секции с лестницей в компактное положение без демонтажа лестницы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1а изображен каркас двухэтажной секции здания в аксонометрической проекции, укрупненно изображены узел шарнирного соединения элементов стропильной системы (рамы кровли) с основным объемом здания с помощью одного ряда соосно-расположенных шарниров и с помощью соединения через ряд г-образных ламелей. Данные узлы обеспечивают возможность складывания конструкций кровли в компактное положение.
Фиг. 1б - каркас двухэтажной секции здания в аксонометрической проекции, утеплитель и покрытия ограждающих конструкций смонтированы на каркас.
Фиг. 2 - вид сбоку данной секции в проектном положении (разрез).
Фиг. 3 - принципиальная форма составляющих несущий каркас ламелей (прямой, г-образной, t-образной и z-образной формы).
Фиг. 4 - двухэтажная секция в компактном положении после установки на фундамент.
Фиг. 5 - вариант решения двухэтажного здания с чердачным помещением, состоящего из 4 секций различной высоты и торцевых стен, смонтированных после приведения секций в проектное положение (аксонометрическая проекция).
На фиг. 6а, 6б изображены планы первого и второго этажа соответственно.
Фиг. 7а - разрез секций здания с каркасом заявляемой системы этажностью 5 этажей (5 этаж расположен в конструкциях кровли и является мансардным), минимальной ширины (принята равной 3 м между внешними поверхностями наружных стен) и с максимальным уклоном кровли (60 градусов к горизонту),
Фиг. 7б - то же, с этажностью 4 этажа (4 этаж расположен в конструкциях кровли и является мансардным).
Фиг. 8 - разрез здания с каркасом заявляемой системы максимальной ширины (9 м между внешними поверхностями наружных стен) и уклоном кровли 17 градусов к горизонту, с чердачным помещением в конструкциях кровли.
На фиг. 9а изображен каркас двухэтажной секции с лестницей в аксонометрической проекции, утеплитель и покрытия ограждающих конструкций смонтированы на каркас.
Фиг. 9б - то же, с противоположной стороны.
На фиг. 10 изображена двухэтажная секция с лестницей в разрезе:
1 - стеновые ламели прямой формы, 2 - ламели межэтажных перекрытий и чердачного перекрытия z-образной и t-образной формы соответственно, 3 - ламели стропильной системы, 4 - ламели г-образной формы, 5 - стойки лестницы с отверстиями для шарнирного соединения с каркасом (верхнее, нижнее) и с шатунами 7 (промежуточное отверстие), 6 - косоуры (тетивы) лестничного марша с отверстиями для шарнирного соединения с шатунами (в нижней части) и перекрытием (в верхней части), 8 - точки шарнирного соединения ламелей, 9 - точки жесткого соединения ламелей, выполняемого после приведения секции в проектное положение, 10 - точки шарнирного соединения шатуна лестницы (верхняя - точка соединения со стойкой, нижняя - точка соединения с косоуром или тетивой лестницы), 11 - точки шарнирного соединения Г-образной ламели (верхняя правая - точка соединения с ламелью стропильной системы, нижняя левая - точка соединения с ламелью стены 1 и t-образной ламелью перекрытия 2), 12 - точки крепления конструкции к фундаменту.
Фиг. 11 - принципиальная форма составляющих несущий каркас ламелей:
1 - стеновые ламели прямой формы, 2 - ламели межэтажных перекрытий и чердачного перекрытия z-образной и t-образной формы соответственно, 3 - ламели стропильной системы, 4 - ламели г-образной формы, 5 - стойки лестницы с отверстиями для шарнирного соединения с каркасом (верхнее, нижнее) и с шатунами 7 (промежуточное отверстие), 6 - косоуры (тетивы) лестничного марша с отверстиями для шарнирного соединения с шатунами (в нижней части) и перекрытием (в верхней части).
На фиг. 12 изображена двухэтажная секция с лестницей в компактном положении после установки на фундамент.
Осуществление изобретения
Все элементы каркаса здания изготавливаются в производственных условиях, после чего происходит их сборка в сложенном состоянии в секции для осуществления транспортирования до места строительства здания. Сборку секций зданий в сложенном состоянии позволяют произвести шарнирные связи между элементами каркаса. Для обеспечения безопасной транспортировки секций зданий в сложенном состоянии секциям обеспечивают неподвижность в шарнирных узлах соединений. Далее происходит погрузка секций зданий в сложенном состоянии на транспортное средство для осуществления транспортирования до места строительства здания.
Монтаж каркаса на местности выполняется в следующей последовательности: каркасная секция соответствующей этажности устанавливается на фундамент, фиксируется с помощью анкерных болтов к фундаменту, затем с помощью устанавливаемого внутри секции инвентарного домкрата или расположенного снаружи секции лебедки/полиспаста приводится в проектное положение основной объем секции, ограниченный стенами и перекрытиями (стены становятся перпендикулярны перекрытиям), с помощью жесткой фиксации перекрытий относительно стен посредством соединения ламелей стен и перекрытий (возможна фиксация с применением фрикционных соединений и/или клеевых соединений, в случае металлического каркаса возможно использование сварки), обеспечивается устойчивость секции. Затем посредством домкрата, устанавливаемого в пределах пространства чердака (мансарды), приводятся в проектное положение элементы стропильной системы.
1
1
1
Аналогичным образом монтируются остальные секции, после приведения в проектное положение производится соединение их торцов между собой, в результате образуется полезный объем внутри здания, ограниченный поверхностями стен, нижнего перекрытия и кровли, разделенный по высоте перекрытиями на 1-5 этажей. Секции могут быть расположены как в рядном порядке, так перпендикулярно друг другу, соседние секции могут иметь как одинаковую высотную отметку уровня пола первого этажа, так и разные. В одном ряду могут быть секции различных размеров и этажности. Затем (при необходимости) производится монтаж торцевых стен, выполняющих исключительно ограждающую функцию. Материал торцевых стен выбирается, исходя из назначения здания, и может быть любым. Этажность каркаса делает его пригодным для возведения зданий для постоянного пребывания и проживания людей, в том числе одно- и многоквартирных жилых зданий. Материал ограждающих конструкций, фиксируемый в пространстве пазух каркаса и на его поверхностях (продольных стен здания, перекрытий, кровли) может быть любым в зависимости от назначения здания. Внутренний объем здания может быть разделен по вертикали перекрытиями на 1-5 этажей без изменения принципиальной схемы складывания каркаса, причем между элементами каркаса предусмотрен зазор для монтажа покрытий и утеплителя в ограждающие конструкции и конструкцию перекрытий. Высота от уровня чистого пола первого этажа до конька крыши - от 2,7 м до 13,5 м, ширина по наружным поверхностям стен - от 3,0 м до 9,0 м. Ширина «S», длина «L» и высота «Н» каждой секции в сложенном состоянии не превышают пригодный для транспортировки грузовым автотранспортом габарит (13,6*2,45*2,45 м), и отношения указанных размеров к аналогичным размерам S, L, H секции в проектном положении составляют 2; 1; 0,125 соответственно. Уклон кровли может быть от 0 до 60 градусов к горизонту. Двускатная кровля здания может быть симметричной (с равным уклоном скатов) и несимметричной (с различным уклоном скатов). Монтаж покрытий и утеплителя может быть выполнен как в условиях производства, так и на стройплощадке, как для всех ограждающих конструкций, так и для отдельных из них. Последовательность действий по приведению в проектное положение и монтажу на фундамент секции с лестницей, способы крепления секции к фундаменту, способы соединения с соседними секциями аналогичны рядовой секции. Фиксация секции с лестницей в проектном положении осуществляется соединением шарниров, расположенных в нижней части шатунов лестницы и шарниров, расположенных в нижней части стоек лестницы, к которым шарнирно присоединены шатуны. После соединения шарниров лестница обеспечивает жесткость и геометрическую неизменяемость секции. После соединения с соседними секциями установленной на фундамент и приведенной в проектное положение секции с лестницей лестница способствует обеспечению жесткости и устойчивости здания в целом, Каркас системы может быть выполнен из различных конструкционных материалов, в том числе композитных материалов, древесины и металлов, возможно сочетание в каркасе секции ламелей из различных материалов.