ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ИЗГОТОВЛЕННОЕ КРЫТОЕ СООРУЖЕНИЕ
PRE-MANUFACTURED COVERED STRUCTURE

Область техники
Данное изобретение относится к предварительно изготовленным крытым сооружениям и в особенности к крытым сооружениям, которые могут быть быстро и легко возведены, а также доставлены без задержки. Данное изобретение находит конкретное применение при создании крытых сооружений в чрезвычайных обстоятельствах, например, после стихийных бедствий или антропогенных катастроф.
Предпосылки изобретения
После стихийных бедствий часто возникает необходимость в создании экстренных крытых сооружений, например жилья. Подобные крытые сооружения обычно представляют собой парусиновые палатки, однако, такие палатки не отличаются особенной прочностью и не отвечают экстремальным метеорологическим и температурным условиям, часто встречающимся в моменты бедствия. Кроме того, часто в подобных обстоятельствах крытое сооружение требуется на продолжительный период времени, а парусиновые палатки могут изнашиваться, прежде чем необходимость в них будет устранена созданием постоянных крытых сооружений. Также парусиновые палатки не годятся для некоторых областей применения, например полевых госпиталей и хранилищ, поскольку внутри них трудно создать гигиеничные условия, что препятствует их использованию в качестве полевого госпиталя, кроме того, в парусиновые палатки легко получить доступ, что упрощает их разграбление при хранении внутри них ценных запасов.
Крупногабаритные крытые сооружения для хранения продовольствия и оборудования выполняют из больших металлических рам, покрытых гибким непроницаемым материалом. Они представляют трудность для сооружения и часто требуют подготовленных фундаментов.
Известно создание сооружений посредством надувания обшивки пневматическим способом и разливки бетона поверх надутой обшивки (см. патенты США №2270229, №37346709 и №4746471 и Великобритании №1242647 и №603655), или наложения слоя жидкого бетона на обшивку, которая может быть надута (см. патенты США №3462521 и №4170093).
Однако такие конструкции требуют много времени и с технической точки зрения сложны для строительства, поэтому они не годятся для использования в зонах катастроф. Кроме того, для возведения здания и крытого сооружения они, как правило, требуют размещения более одного человека персонала. Также подобные крытые сооружения зачастую не могут быть возведены в зоне бедствия, поскольку смешение бетона в значительном количестве требует тяжелого машинного оборудования и энергии в масштабе, который не всегда имеется в распоряжении. Кроме того, любой уже смешанный бетон должен быть использован до того, как он схватился; это условие устанавливает пределы времени для сооружения крытых сооружений, которые могут быть не достижимы.
В патенте США №3292338 описан способ строительства здания посредством надувания баллона, при этом к внутренней стороне баллона прикрепляют блоки из вспененного полимера для создания конструкции типа иглу, которая обеспечивает прочность данного сооружения, а в завершении выполняют внутреннюю облицовку. Строительство такого сооружения требует значительного объема работы.
В патенте США №3292338 приведено описание надуваемой воздухом бетонной оболочки, пригодной для создания крыши здания. Для создания крыши по этой технологии создают прочный каркас и строят внутри каркаса насыпь с опорой на землю. Затем для создания покрытия поверх каркаса распределяют слой армирующей ткани и прикрепляют его к каркасу. Далее поверх армирующей ткани распределяют сухой строительный раствор и затем накладывают дополнительные чередующиеся слои ткани и строительного раствора. Под данные слои ткани закачивают воздух, который надувает крышу в форме купола. Строительный раствор затем уплотняют посредством вибрации по периметру оболочки для проникновения строительного раствора в слои ткани и разбрызгивают воду на оболочку, а затем оставляют для схватывания раствора. После схватывания крышу поднимают, возводят стены, а затем крышу опускают на стены. Сооружение данного каркаса и насыпи с опорой на землю требует большой затраты времени, является трудоемким и совершенно не подходит для быстрого строительства крытых сооружений в зонах бедствий.
Сущность изобретения
В соответствии с данным изобретением предлагается надувная оболочка для создания предварительно изготовленных крытых сооружений, содержащая:
покрытие, имеющее газонепроницаемую внутреннюю часть и наружную часть, выполненную из по меньшей мере одного слоя ткани, который пропитан схватываемым при смачивании водой веществом и/или схватываемым при облучении, или схватываемым при контакте с воздухом веществом; и
наземный настил, выполненный как одно целое с покрытием,
причем внутренняя часть выполнена с возможностью пневматического надувания для создания под ней пространства.
Используемый в данном документе термин «внутренняя часть» и «наружная часть», применяемый в отношении средств покрытия, означает, что внутренняя часть расположена в направлении внутренней стороны оболочки относительно наружной части. Термины «внутренняя часть» и «наружная часть» не означают непременно, что внутренняя часть образует самый внутренний слой или секцию покрытия, или наружная часть образует самый наружный слой или секцию покрытия, хотя обе такие конструкции возможны. Каждая внутренняя часть и наружная часть могут быть образованы из одного или более слоев.
Выполненное с возможностью пневматического надува пространство между наземным настилом и покрытием может быть использовано для надувания и поддержки покрытия. В альтернативном варианте внутренняя часть может быть выполнена с возможностью надувания пневматическим способом путем включения одной или более надувных полостей, например пневматических распорок, для поднятия покрытия для создания требуемого под ним пространства.
Схватываемое при смачивании водой вещество предпочтительно выполнено на основе цемента, предпочтительнее - на основе быстросохнущего цемента. Оно может, по выбору, содержать заполнители, например песок, волокнистые упрочнения и/или включения, снижающие вес, или включения внутренней изоляции, например шарики из пенополистирола. Вместо цемента возможно использование другого схватываемого при смачивании водой вещества, например гипса, однако, в силу прочности предпочтительнее использовать цемент. Кроме того, возможно использование других схватываемых веществ в дополнение к схватываемым при смачивании водой веществам или вместо них, например схватываемые при облучении или схватываемое при контакте с воздухом вещества, а также использование подобных веществ вместо или в дополнение к схватываемому при смачивании водой веществу, что также находится в объеме правовой охраны данного изобретения.
В предпочтительном варианте выполнения предусмотрен более чем один слой пропитанной ткани, а количество слоев зависит от желательной толщины схватываемого при смачивании водой вещества, формирующего наружную сторону крытого сооружения. В дополнение к пропитыванию ткани схватываемое вещество может быть заключено между внутренним и первым слоем ткани, а более схватываемое вещество может быть заключено между первым слоем и последующими слоями.
Схватываемое вещество предпочтительно приклеено по меньшей мере к одному слою ткани посредством смешивающегося с водой клейкого вещества. Пригодным является любое смешивающееся с водой клейкое вещество, но предпочтительнее ПВА (поливинилакрилат), который при использовании в качестве смешивающегося с водой вещества действует также как пластификатор.
Наружная часть необязательно должна проходить поверх всей внутренней части, при этом возможно использование промежутков в наружной части для создания дверных проемов и/или окон в данном крытом сооружении. Дверные проемы могут быть выполнены путем вырезания внутренней части после схватывания схватываемого при смачивании водой вещества. Либо внутренняя часть может быть полностью вырезана в месте расположения дверного проема, либо один разрез может быть выполнен для создания двух створок, которые могут быть закрыты, например винтами или застежкой на молнии. К дверному проему, при необходимости, может быть добавлена твердая дверь. Кроме того, возможно создание дополнительных проемов, предназначенных для других целей, например для создания возможности использования в крытом сооружении коммуникационных трубопроводов или воздухопроводов, или электрических кабелей, или создания вентиляции для каминов или обогревателей.
Внутренняя часть предпочтительно является прозрачной или полупрозрачной с тем, чтобы в областях, не закрытых армирующей тканью, свет мог проходить в данное крытое сооружение.
Внутренняя и наружная части покрытия могут быть соединены, например, клейким веществом и/или винтами.
Предпочтительно, чтобы внутренняя часть принимала форму полностью возведенного крытого сооружения не только за счет растяжения ткани, из которой формируется внутренняя часть для создания объемной формы крытого сооружения. Другим словами, внутреннюю часть не надувают как резиновый шар, но скорее заполняют газом наподобие воздушного шара, заполняемого горячим воздухом. При таком способе давление, необходимое для надувания покрытия, не является особенно высоким и может быть получено воздушным насосом низкого давления или ножным насосом. Однако это не исключает возможность того, что внутренняя часть в определенной степени может растягиваться. Таким образом, покрытие предпочтительно выполнено для создания формы.
Объем внутренней части крытого сооружения может быть слишком большим, чтобы было возможно ввести достаточное количество воздуха в пределах допустимого времени. По этой причине предпочтителен насос, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания. Как вариант, надувание может быть выполнено с использованием сжатого газа из баллона или газа, образующегося в результате химической реакции, например углекислого газа, выделяемого в результате реакции кислоты с солью угольной кислоты. Возможно использование смешанной технологии надувания.
Наружная часть предпочтительно имеет форму, которая при полностью надутом покрытии аналогична форме внутренней части, но преимущественно несколько меньше нее с тем, чтобы при полностью надутом покрытии ткань приводилась в слегка растянутое состояние, так чтобы при схватывании она оставалась в туго натянутом состоянии на внутренней части.
Ткань может быть выполнена из любого подходящего волокна и может быть тканой или нетканой. Предпочтительно, чтобы при наличии схватываемого при смачивании водой вещества она могла втягивать воду для распространения воды к схватываемому при смачивании водой веществу. Таким образом, ткань может быть выполнена из натурального или синтетического материала и может быть водопоглощающей или водоотталкивающей.
При водоотталкивающей ткани процесс втягивания может достигаться благодаря промежуткам между волокнами ткани, которые обеспечивают капиллярное действие, втягивая воду во внутреннюю часть ткани и, соответственно, приводя ее в контакт со схватываемым при смачивании водой веществом.
В одном варианте выполнения по меньшей мере один слой ткани покрытия пропитан схватываемым при смачивании водой веществом. Пропитанная ткань может быть нетканым рыхлым войлоком, например войлоком, называемым иногда «ватином». Рыхлая нетканая ткань представляет собой плотный набор волокон, которые проходят во всех направлениях внутри слоя, который может иметь толщину, например 5-25 мм. Пропитка слоя ткани цементом и другими добавками (примесями) может быть выполнена путем размещения их на ткани и создания вибрации ткани.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения предлагается упаковка, содержащая надувную оболочку, как описано выше, помещенную внутрь контейнера, в которой объем контейнера такой, что он может вмещать, в дополнении к оболочке, количество воды, достаточное для схватывания схватываемого при смачивании водой вещества внутри оболочки. Таким образом, имеется возможность доставлять упаковку, содержащую оболочку крытого сооружения, и добавленную к упаковке воду, которую следует предпочтительно добавлять в количестве, приблизительно равном или немного превышающем количество воды, необходимое для полного гидратирования схватываемого при смачивании водой вещества. Таким образом, в качестве примера, данный контейнер может иметь внутренний объем, в котором 60% занимает оболочка крытого сооружения, а 40% остаются свободными для воды.
Контейнер должен быть выполнен с возможностью открытия после полного смачивания схватываемого при смачивании водой вещества. Предпочтительно, чтобы данный контейнер мог быть раскрыт в плоскую структуру, и предпочтительно, чтобы он был по меньшей мере частично прикреплен к наземному настилу крытого сооружения для придания дополнительной прочности наземному настилу, или он может составлять часть наземного настила.
В соответствии с дополнительным аспектом данного изобретения предлагается способ возведения крытого сооружения, как было описано выше, который включает надувание внутренней части оболочки для создания под ним пространства и выдерживание схватываемого вещества для схватывания. Если данное схватывание является схватыванием при смачивании водой, то способ включает: смачивание схватываемого при смачивании водой вещества наружной части; надувание внутренней части оболочки для создания под ним пространства и выдерживание схватываемого вещества для схватывания.
Далее в качестве примера приведено описание варианта выполнения данного изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает упаковку, которая может поставляться;
фиг.2 изображает структуру контейнера упаковки в открытом состоянии, показанной на фиг.1;
фиг.3 изображает крытое сооружение перед надуванием, которое следует за смачиванием;
фиг.4 изображает крытое сооружение после надувания;
фиг.5 изображает сечение покрытия крытого сооружения;
фиг.6 изображает разрез (не в масштабе) крытого сооружения перед надуванием;
фиг.7 изображает аксонометрический вид одной возможной конструкции слоев покрытия;
фиг.8 изображает вид альтернативной конструкции крытого сооружения после надувания;
фиг.9 изображает сечение покрытия крытого сооружения, показанного на фиг.8.
Описание предпочтительного варианта выполнения изобретения
Прежде всего, обратимся к фиг.1, на которой показана упаковка 10, имеющая вес приблизительно 230 кг, которая может быть доставлена воздушным путем к зоне бедствия. Данная упаковка содержит контейнер 10, в котором расположена оболочка крытого сооружения 14 (см. фиг.3 и 4), причем оболочка содержит цемент (см. далее), а контейнер, кроме того, содержит средство 12 подвода воды. Объема контейнера хватает для размещения помимо сооружения 14 количества воды, достаточной для гидратирования цемента, которая занимает около 40% общего объема контейнера.
Контейнер сначала заполняют водой и оставляют ее на период времени абсорбции воды цементной наружной частью, составляющий от 10 минут до одного часа, например на 15 минут. На фиг.2 показана структура контейнера, содержащая основание 16, четыре боковые стороны 18 и четыре треугольные створки 20, которые вместе при сложении формируют верхнюю часть контейнера, в которой прикреплено средство 12 подвода воды, например клапан или завинчивающаяся сверху пробка. Контейнер содержит некоторое количество цементного порошка, заключенного внутри контейнера, и обеспечивает доступ к строительным элементам крытого сооружения только после смачивания цемента, поэтому исключено возможное выдувание порошка при сильных воздушных потоках или создание опасности для тех, кто устанавливает конструкцию. В конце периода абсорбции воды контейнер прорезают вдоль стыков 22, которые образуют раскосы верхней части контейнера, а также боковые грани с раскладыванием контейнера в плоскую развертку, показанную на фиг.2. При этом происходит высвобождение оболочки крытого сооружения из контейнера, которая может быть развернута и разложена в плоскую структуру, как показано на фиг.3. Такое расположение показано в разрезе на фиг.6, из которого можно видеть, что оболочка крытого сооружения содержит наземный настил 30 и покрытие 32, которое присоединено по периферии к наземному настилу 30. Кроме того, для подачи воздуха в пространство 36 между настилом 30 и покрытием 32 выполнен клапан 34.
На фиг.5 более подробно показано сечение покрытия 32, на котором можно видеть, что покрытие выполнено из внутреннего слоя 24, изготовленного из газонепроницаемого материала, например листа пропилена, поливинилхлорида или полиэтилена. Очевидно, что вместо этих материалов могут использоваться другие материалы. Нет необходимости в том, чтобы слой 24 был полностью газонепроницаем, поэтому он может быть выполнен из материала, допускающего прохождение через него небольшого количества газа, например, из очень плотного холста, который избирательно обработан для создания непроницаемости. Внутренний слой 24 скроен так, что он имеет форму готового купола (см. фиг.4), однако, очевидно, что в разложенном виде он находится в плоском состоянии, показанном на фиг.3. Он может быть выполнен в виде единой детали, например, путем формования, или состоять из нескольких деталей, соединенных вместе. Снаружи слоя 24 имеются последовательные слои, выполненные из ткани 26 и цемента 28. Такая схема расположения удерживает цемент в ткани и предотвращает потерю цемента и запыление. Для предотвращения просачивания цемента через ткань и его перемещения внутри промежутка между каким-либо слоем ткани 26 и смежным слоем цемент приклеивают к ткани клеем ПВА. Количество клея ПВА, используемого в данной структуре, составляет приблизительно от 2 до 3% от веса цемента. Слой 28 может содержать заполнители, например песок, и/или наполнители, например пенополистирол, который может быть полезен для снижения веса крытого сооружения, а также создания теплоизоляции.
Ткань 26 может быть тканой или нетканой и выполнена из натуральных и синтетических материалов. Ткань предпочтительно втягивает воду, добавленную в контейнер 10, так что она быстро пропитывает покрытие 32 насквозь и смачивает цементные слои 28. Несмотря на то, что на фиг.5 показано три слоя из ткани/цемента, возможно выполнение любого количества слоев для придания толщины стенкам крытого сооружения, например, вплоть до 10-15 см толщины. Вместо чередующихся слоев ткани и цемента возможно использование пропитанного цементом войлока, например ватина, при этом пропитка может быть получена посредством вибрации ткани.
Слои 26 ткани в покрытии 32 могут быть выполнены из ряда полос 42 сегментной формы с их последующим соединением (см. фиг.7). Как вариант покрытие 32 может быть выполнено посредством объемного ткачества. Несмотря на то, что панели имеют форму, учитывающую большое количество форм готового крытого сооружения, данное покрытие также может быть в некоторой степени растянуто для создания необходимой внутренней формы крытого сооружения.
После надувания покрытия 32 цемент в крытом сооружении оставляют для полного схватывания. Для предотвращения его высыхания предпочтительно надувать покрытие в вечернее время, выдерживая его на протяжении ночи для схватывания. Очевидно, что количество цемента должно быть такое, чтобы при схватывании формировать свободно опирающуюся крышу.
После схватывания цемента может быть произведено вырезание дверного проема. Дверной проем показан на фиг.4 номером 44 позиции. Слои 26, 28 ткани и цемента не нанесены в области 44 и, соответственно, дверь может быть вырезана просто прорезыванием внутренней части 24. Аналогичным способом в данном покрытии могут быть оставлены проемы для окон, труб и каналов (не показаны), причем данные окна могут быть вырезаны или могут быть оставлены вместе с внутренней частью на месте. По этой причине внутренняя часть предпочтительно выполнена прозрачной.
Обратимся снова к фиг.6, на которой показано, что нет необходимости в выполнении материала внутренней части 24 из того же материала, из которого выполнен наземный настил 30, при этом предпочтительно, чтобы наземный настил 30 был выбран, исходя из его износостойкости, предпочтительным материалом для этого является тканевый полиэтилен. Однако на наземном настиле 30 внутри крытого сооружения возможно размещение защитного слоя для предотвращения повреждения настила при эксплуатации. Покрытие 32 прикрепляют к наземному настилу 32 по его периферии любым подходящим средством, например горячей сваркой, клейким веществом и т.д.
Настил 30 может быть прикреплен к земле посредством стоек, и для этой цели в наземном настиле могут быть выполнены небольшие отверстия.
Благодаря вырезанию проема 44 происходит падение давления внутри покрытия. При этом схваченный цемент, работающий на сжатие, будет поддерживать покрытие. Прочность цемента будет значительно улучшена благодаря наличию ткани, чьи волокна упрочняют цемент. Использование ПВА для приклеивания цемента 28 к ткани 26 пластифицирует цемент, улучшая тем самым его свойства.
Одно преимущество использования газонепроницаемой внутренней части 24 заключается также в ее водонепроницаемости, обусловливающей предотвращение проникновения дождевой воды в оболочку.
Кроме того, имеется возможность проведения стерилизации внутренней части для того, чтобы использовать ее в стерильных условиях, например для полевых госпиталей.
После прорезывания щели во внутренней части, для обеспечения прохода через дверной проем материал внутренней части у дверного проема 44 может быть оставлен или может быть удален. Если материал оставлен, то внутренняя часть может быть повторно прикреплена, например с помощью застежки-молнии для создания двери, или, как вариант, возможно выполнение отдельной двери, изготовленной из местных материалов (не показана). В одном варианте выполнения доставка контейнера и оболочки осуществляется на поддоне, конструкция которого позволяет сформировать дверь. На верхнюю часть покрытия после схватывания цемента возможно наложение не менее одного дополнительного слоя или слоев для создания теплоизоляции, кроме того, покрытие может быть покрашено.
После развертывания данная конструкция может быть нагружена дополнительным тяжелым материалом, который может быть бетоном, грунтом, мешками с песком или снегом, поскольку конструкция будет упрочнена распределенными сжимающими нагрузками.
Оболочка может иметь размер любого требуемого диаметра. Она может быть выполнена в форме купола (как показано на фиг.4) или может быть вытянутой и иметь изогнутую (частично цилиндрическую) крышу. В одном варианте выполнения последовательность оболочек в форме купола может быть соединена совместно с коридорами, выполненными из удлиненных оболочек с изогнутыми крышами.
Как можно видеть, предлагаемое ограждение обеспечивает легкую упаковку 10, которая может быть доставлена воздушным путем к зоне бедствия и быстро оформлена в удобную конструкцию с использованием местной воды. Не требуется, чтобы данная вода была питьевой. Данное крытое сооружение может быть возведено с низким количеством затраченного труда и может иметь многолетний срок службы. В качестве примера упаковка 10 для оболочки диаметром 4 м может быть создана с весом около 230 кг.
На фиг.8 показано альтернативное конструктивное решение крытого сооружения, которое аналогично крытому сооружению, показанному на фиг.4, но имеет удлиненную форму; данное покрытие имеет закругленные торцевые секции 50, которые выполнены, как изложено в связи с фиг.4-7, тогда как наружный слой(и) в средней секции 52 создан(ы) из прямоугольных деталей ткани, предпочтительно пропитанного ватина. Стены данного крытого сооружения аналогичны стенам конструкции, относящейся к фиг.5, но вместо наличия чередующихся слоев ткани и цемента они в дополнение к газонепроницаемому слою 24 содержат два слоя из полипропиленового войлока 54, пропитанного цементом.