Сборная несущая конструкция перекрытия и способ ее образования
PREFABRICATED LOAD-BEARING STRUCTURE OF FLOORING AND METHOD FOR ITS FORMATION

Область техники
Изобретение относится к области строительства, в частности к сборным перекрытиям зданий.
Уровень техники
Сборные конструкции имеют широкое применение в области строительства, традиционно среди которых выделяют для возведения жилых и производственных зданий, инженерных сооружений. Массовое распространение сборные конструкции получили за счет возможности предварительной подготовки конструктивных элементов и сборки части из них на месте производства, что значительно сокращает сроки возведения зданий, тем самым снижая затраты.
Основными недостатками известных конструкция являются, в первую очередь, сложность сборки, а также во многих случаях большой вес самих элементов, а, следовательно, и вес конструкции в целом.
Автор ставил перед собой задачу максимально облегчить принцип сборки конструкции, снизить вес ее элементов, для уменьшения нагрузки на фундамент, а также исключить необходимость наличия специальных профессиональных навыков работников, снизить необходимый уровень квалификации и их количество, а также исключить необходимость вовлечения в процесс специализированной техники. При этом облегчение сборки и снижение общего веса не должно отразиться на несущей способности конструкции.
Известны сборные конструкции с балками перекрытия разных типов, в зависимости от требуемых нагрузок, балки перекрытия могут быть выполнены из бруса, металла либо железобетона.
Недостаток конструкций с применением балок перекрытия из бруса, является невысокая прочность основного элемента - древесины, которая имеет низкую износостойкость и так называемую «зыбкость».
Что касается балок перекрытия из металла и железобетона, вес таких балок может достигать до 400 кг, что исключает возможность их установки без привлечения специализированной техники, что естественным образом отражается на общей стоимости работ. Весомым недостатком металлических балок также является подверженность коррозии, если имеется доступ к влаге и низкий уровень теплоизоляции.
Известен аналог сборной конструкции по патенту на изобретение 2558868, E04B 5/40 (2006.01). Перекрытие состоит из комбинированной панели перекрытия, включающую стальную балку, бетонную плиту и бетонную вертикальную стенку, расположенную между бетонной плитой и стальной балкой, и из составной балки, содержащую бетонную вертикальную стенку, двутавровую балку, закрепленную к нижней части бетонной вертикальной стенки.
Данная конструкция также предполагает за собой предварительную сборку, имеет меньший вес по сравнению с обычными сборными конструкциями. Но при этом, общий вес и принцип сборки данной конструкции не позволяет ее осуществлять без привлечения специализированной техники и рабочих определённого уровня подготовки. Кроме того, наличие большого количества крепежных элементов существенно замедляет процесс сборки.
Раскрытие изобретения
Чаще всего усиление жесткости сборных конструкций и увеличение их несущей способности достигается за счет использования тяжелых металлических или бетонных элементов, например сталебетонные двутавровые балки. Установка таких элементов влечет за собой высокую нагрузку на фундамент, а, следовательно, требует укладки фундамента высокой прочности. Известно, что фундаменты такого типа имеют невысокую скорость укладки, которая, кроме того, сопряжена с большими финансовыми затратами.
Также использование тяжелых металлических или бетонных элементов, для усиления жесткости возводимых конструкций обязывают использование специализированной техники, что существенно замедляет скорость возведения конструкций и увеличивают ее стоимость.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, выражается в упрощении принципа сборки, а также самих конструктивных элементов, в такой степени, чтобы их сборка и последующее возведение зданий не требовала наличия специальных профессиональных знаний рабочих и применения строительной техники, но при этом, сохранив прочность возводимой конструкции, конструктивную целостность и физико-механические свойства, присущую сборным конструкциям такого рода, кроме того, особое внимание уделялось снижению количества времени, затрачиваемое на возведение. Осуществление технического результата достигается за счет использования унифицированных элементов, изготовленных в заводских условиях, часть из которых подлежит предварительной сборке, а также использования материалов, имеющих небольшой вес, невысокую себестоимость, но позволяющие при этом сохранить должные теплотехнические, а также иные физико-механические свойства. Кроме того, сборная несущая конструкция перекрытия включает в себя небольшое количество конструктивных элементов, а также четкий, последовательный принцип сборки.
Сборная несущая конструкция перекрытия включает в себя конструктивный узел, состоящий из балки периметра, жестко соединённой с лежнем, выполненного из деревянного бруса, который в свою очередь соединен с фундаментом любого вида, будь то ленточный, монолитный, свайный или иной вид фундамента, при том, что соединение осуществляется за счет любых подходящих крепежных изделий, но в предложенном варианте крепеж осуществляется за счет скоб и шпилек для стяжки бруса (предпочтительно длиной в 12 мм), двутавровой балки перекрытия, которая закреплена к двутавровой балке периметра, а вместе их соединения устанавливается связывающая конструкция, которая состоит из стеновой балки двутаврового сечения и двух боковых связывающих накладок, таким образом, что связывающие накладки, расположенные по обеим сторонам полок стеновой балки, образуют жесткую заделку в узле соединения трех элементов. Соединение частей конструкции происходит любыми крепежными элементами, подходящими для этих целей, но в основном варианте крепеж предполагается за счет саморезов. Предполагается, что стенки всех балок двутаврового сечения выполнены из ЦСП, а ее полки из деревянного бруса.
Как известно, ЦСП имеет широкое применение в области строительства за счет ее ценных характеристик. Так, например, ЦСП имеет небольшой вес, по сравнению с остальными материалами на основе цемента, при этом имея высокую плотность, что придает каркасным конструкциям повышенный уровень жесткости.
Что же касается потребительских характеристик, то здесь ЦСП является одним их самых востребованных материалов, так как сочетание цементной крошки и древесной стружки, а также иных добавок входящих в ее состав, позволяется такой плите иметь высокие показатели устойчивости к влаге и биологическим факторам, таким как: морозостойкость теплопроводность, паропроницаемость и огнестойкость.
Использование в качестве материала стенок всех балок двутаврового сечения ЦСП, позволяет решить задачу прочности возводимой конструкции без использования тяжелых элементов, таких как бетонные или металлические колонны, а также обеспечивает стойкость к возгоранию, влаге, деформации, что присуще деревянным панелям, грибку.
Сечение используемых двутавровых балок и их длина определяются несущей способностью перекрытия или стены и является расчетным параметром, имея прямую зависимость с предполагаемой этажностью и размерами возводимого здания.
Предполагается, что все балки двутаврового сечения, указанные при осуществлении настоящего изобретения, имеют единый размер. Унификация размера балок двутаврового сечения позволяет минимизировать производственные затраты, облегчить расчет количества строительных материалов, облегчить принцип сборки. При том, что размер балок двутаврового сечения рассчитан таким образом, что при их производстве распил стандартного листа ЦСП происходит без остатков.
Способ образования сборной несущей конструкции перекрытия, включающий предварительную сборку связывающей конструкции, содержащую стеновую балку двутаврового сечения, две боковые связывающие накладки, выполненные из деревянных брусков одинакового размера, закрепленные по обеим сторонам боковой части полки стеновой балки с одной стороны, причем, как снизу, так и сверху стеновой балки двутаврового сечения, а также дополнительного деревянного бруска, закрепленного на задней части полки стеновой балки двутаврового сечения с другой стороны, последующую сборку на месте возведения конструкции сборной несущей конструкции перекрытия в последовательности, где к лежню, установленному на фундамент и закрепленному при помощи крепежных изделий крепится, по меньшей мере, одна балка периметра двутаврового сечения, к которой крепится некоторое количество балок перекрытия двутаврового сечения, а в вместе их соединения устанавливается сама связывающая конструкция, при том, что для укладки потолочного перекрытия или перекрытия этажа следующего выше процесс сборки имеет аналогичный принцип. С внешней стороны, образовавшееся между связывающими конструкциями пространство заполняют утеплителем и изолируют плитами МДВП, таким образом, что в каждое пространство устанавливается по две плиты, а их крепление осуществляется в стыковочные пазы распорного бруска, выполненного из дерева, крепления которого осуществляется к полкам стеновой балки двутаврового сечения, а также в стыковочные пазы полки балки периметра двутаврового сечения, после чего в середине пространства изолированного плитами МДВП устанавливается дополнительный деревянный брусок, который обеспечивает осуществление вентилируемого фасада между МДВП и ЦСП, последние из которых кроме выполнения функции фасада здания, несут также функцию усиления стены по направлению плоскости, что позволяет исключить ускосины. С внутренней же стороны конструкции изоляция обеспечивается за счет несъёмной опалубки из ЦСП, при том, что сам ЦСП крепятся непосредственно к стопорной рейке, располагаемой по одной из полок стеновой балки двутаврового сечения.
Краткое описание чертежей:
Фиг. 1 - вид спереди на примерную сборную несущую конструкцию перекрытия согласно примеру;
Фиг. 2 - вид спереди на связывающую конструкцию;
Фиг. 3А - вид сбоку на связывающую конструкцию;
Фиг. 3Б - вид сверху на связывающую конструкцию;
Фиг. 4 - вид сбоку на примерную сборную несущую конструкцию перекрытия согласно примеру;
Фиг. 4А - вид спереди на примерную сборную несущую конструкцию перекрытия с внешней стороны согласно примеру;
Фиг. 4Б - вид сверху на примерную сборную несущую конструкцию перекрытия с внешней стороны согласно примеру;
Фиг. 5 - вид спереди на альтернативную сборную несущую конструкцию перекрытия с внутренней стороны согласно примеру.
Осуществление изобретения.
Указанные чертежи являются пояснительными и не ограничивают объем изобретения, заявленный в формуле. Представленные варианты характеризуют одну из нескольких частных форм реализации изобретения.
Как показано на Фиг. 1, сборная несущая конструкция 100, включает в себя, по меньшей мере, один лежень 110 выполненный из деревянного бруса, одну балку периметра двутаврового сечения 120, некоторое количество балок перекрытия двутаврового сечения 130, некоторое количество стоек двутаврового сечения 230, а также связывающих накладок 210' и 210'', а вместе образующих связывающую конструкцию 200, подробно описанную на Фиг. 2.
Предполагается, что стенка всех балок двутаврового сечения выполнена из ЦСП, а ее полки из бруса.
Принцип сборки конструкции 100 осуществляется следующим способом: лежень 110, выполненный из бруса крепится к фундаменту любого вида. Здесь стоит отметить, что небольшой вес возводимой конструкции, за счет использования элементов из легких материалов, как дерево и ЦСП, снимает ограничения при выборе вида фундамента.
Крепление всех элементов конструкции между собой в большей степени производится за счет таких крепежных элементов, как скобы, саморезы и шпильки, но допускается любой подходящий вид крепежных изделий, обеспечивающих достаточную жесткость соединения деревянных элементов, между которыми по большей части и происходит соединений.
К лежню 110 жестко крепится двутавровая балка периметра 120 таким образом, что одна из полок двутавровой балки периметра 120 устанавливается сверху на лежень 110, т.е. предполагается, что лежень 110 и полки двутавровой балки периметра 120 имеет одинаковую ширину, затем с внутренней стороны возводимой конструкции, к двутавровой балки периметра 120 крепится некоторое количество двутавровых балок перекрытия 130 (предпочтительный шаг между балками составляет 628 мм), где в местах сопряжения балок образуется тавровое соединение, закрепленное при помощи саморезов или иных крепежных изделий, таким образом, что двутавровая балка перекрытия 130 располагается по ее длине, на одной из полок, во внутренней части возводимой конструкции, а само крепление осуществляется между полками балок 120 и 130, где количество всех элементов зависит от проектного размера строительной конструкции.
В месте сопрягательного узла, балки периметра двутаврового сечения 120 и балки перекрытия двутаврового сечения 130, устанавливается связывающая конструкция 200, подробно описанная на Фиг. 2.
Соединение связывающей конструкции с балками периметра двутаврового сечения 120 и перекрытия двутаврового сечения 130 обеспечивается также за счет крепежных изделий. Такое крепление балки перекрытия 130 образует узел заделки в стакан, что влечет за собой ограничение трех степеней свободы, тем самым создавая жесткий узел крепления или конструктивный узел. Именно конструктивный узел, состоящий из соединённых между собой балки периметра двутаврового сечения 120, балки перекрытия двутаврового сечения 130 и связывающей конструкции 200 выполняет основную несущую функцию всей возводимой конструкции.
Предполагается, крепление двутавровых балок периметра 130 осуществляется каждые 628 мм по оси.
На Фиг. 2 изображена связывающая конструкция 200, которая состоит из связывающих накладок 210' и 210'' являющихся эквивалентными друг другу. Связывающие накладки 210' и 210'' закреплены к одной из полок стеновой балки двутаврового сечения 230, по обеим сторонам ее боковых частей, как снизу, так и сверху стеновой балки двутаврового сечения 230. С другой стороны, стеновой балки 230, к противоположной полке, крепится дополнительный деревянный брусок 310, что подробно показано на фиг. 3А. Задача деревянного бруска 310 - организация вентилируемого фасада, который более подробно показан на фиг. 4Б. Причем длина вентиляционного бруска достаточна для того, чтобы образовался захлест верхней части бруска 310 на перекрытие этажа следующим выше, а нижняя часть бруска 310 могла быть закреплена, как с двутавровой балкой периметра 120, так и с лежнем 110. Таким образом, вентиляционный брусок 310 также образует цельный связующий элемент между перекрытиями верхнего и нижнего этажей.
Существенным признаком связывающей конструкции 200 является способ крепления вентиляционного бруска 310 к одной из полок двутавровой стеновой балки 230. Как показано на фигуре 3А и 3Б, крепление данных элементов обеспечивается соединением шип-паз, где в паз 330 прокладывается шпон 320, который обеспечивает жесткую склейку элементов и несет нагрузку по приданию жесткости конструкции 200. При том, что ширина паза 330, равна ширине шпона 320, а длина шпона равняется длине полки двутавровой стеновой балки 230, соединения шпона в пазах обеспечивается за счет клеящего вещества.
Предусматривается, что процесс сборки связывающей конструкции 200 осуществляется на месте ее производства, следовательно, на место возведения здания, конструкция 200 доставляется уже в готовом виде. Предварительная сборка связывающей конструкции 200, также выполняющую функцию несущего элемента, позволяет сократить время и затраты на возведение зданий, минимизировать вероятность появления дефектов или повреждений при монтаже, которые могут быть вызваны неправильной сборкой элементов конструкции, отклонением от положения, заданного в проекте, деформацией самой конструкции в ходе монтажа.
Сама же связывающая конструкция 200 позволяет упростить принцип сборки, не теряя при этом жесткости. Для обеспечения устойчивости стен, крепление балок перекрытия обычно обеспечивается за счет заведения их концов в пазы («гнезда») стен. Такое крепление имеет ряд недостатков, например, слабая жесткость связи, для чего приходится прибегать к дополнительным крепёжным элементам, например, анкерам, где возможны ошибки при расчетах размеров «гнезд», повышенные трудо- и времязатраты. Еще один традиционный способ, крепление при помощи опор из металла - стальных уголков, хомутов, кронштейнов. Они соединяются со стенами и балками различными крепежными изделиями. Данный вариант крепления является наиболее быстрым и технологичным, однако, менее надежным, чем при заведении балок в пазы стен.
Отличительной чертой связывающей конструкции является то, что унифицированные элементы конструкции, изготовленные из легких и недорогих материалов, имеют легкий принцип сборки, в такой степени, что их установка не требует специальных профессиональных навыков, а только соблюдение четкой последовательности действий. Отсутствие необходимости применения строительных кладочных растворов на этапе возведения несущей конструкции значительным образом упрощают и снижают количество времени, затрачиваемое на ее возведение.
Как показано на Фиг. 4, в каждом пространстве, образовавшемся между связывающими конструкциями 200, прокладывается теплоизоляционный материал 470, в месте пустот. Теплоизоляционный материал может быть любой, например минеральная вата, которая обладает такими положительными характеристиками, как высокий уровень тепло- и звукоизоляции; не реагирует на воздействие высоких температур и горение; прочность, практичность и долговечность. После размещения теплоизоляционного материала происходит этап изоляции внутренних и наружных частей строительной конструкции. Как показано на Фиг. 4 и 4А, с внешней стороны строительной конструкции, пространство, образовавшееся между связывающими конструкциями 200, в которое предварительно был помещен утеплитель 470, изолируют мягкой древесноволокнистой плитой (далее по тексту МДВП) 410, при том, что размер МДВП 410 по ее длине ровно в два раза меньше высоты самой конструкции 100. Таким образом, количество МДВП 410, устанавливаемых в каждой из пустот, согласно настоящему примеру, составляет 2 штуки. Как показано на Фиг. 4 и 4А, особенность крепления МДВП 410 заключается в том, что ровно в середине пространства, по его высоте, образовавшегося между связывающими конструкциями 200 устанавливается распорный брусок 420, крепления которого осуществляется к полкам двутавровой стеновой балки 230, являющейся частью связывающей конструкции 200 любыми крепёжными изделиями подходящего назначения, в данном примере при помощи саморезов. При этом сверху и снизу у распорного бруска 420 имеется стыковочный паз 430' и 430'', равный толщине устанавливаемой МДВП 410, чтобы обеспечить тип крепления заподлицо. Помимо этого, такой же паз 430''' имеется и в полках двутавровой балки периметра 120. Таким образом, как более подробно представлено на фиг. 4А, МДВП 410 располагается во всех пазах 430, как распорного бруса 420, так и в пазе 430''' в полках двутавровой балки периметра 120. Крепление такого рода позволяет обеспечить максимальное прилегание МДВП 410 к элементам конструкции и устраняет лишние стыки. После чего, как показано на Фиг. 4А и 4Б на всех полках двутавровых стоек 230, с внешней стороны здания, устанавливается дополнительный деревянный брусок 440, и деревянный брусок 450, при том, что последний устанавливается ровно в середине пространства, по его ширине, образовавшегося между связывающими конструкциями 200 (см. Фиг. 4А и 4Б). Задача брусков 440 и 450 обеспечить осуществление вентилируемого фасада между МДВП 410 и ЦСП 460, как более подробно указано на фиг. 4Б. Вентилируемый фасад создает дополнительную ветрозащиту, паропроницаемость, кроме того, МДВП 410 позволяет выпаривать влагу, появляющуюся в стене при появлении точки росы. Таким образом МДФП 410 создает двутавровую балку по направлению плоскости стены. К брускам 440 и 450 осуществляется крепление фасада из ЦСП 460, которая несет функцию усиления стены по направлению плоскости, что позволяет исключить ускосины. Исключение укосин, как дополнительных элементов, снижает финансовые и трудозатраты, но в то же время исключается риск потери геометрии конструкции, деформации, как внешней, так и внутренней отделки. В результате чего, фасад становится рабочим элементом, обеспечивая равномерное распределение нагрузки, а не создает нагрузку на каркас зданий, как это происходит при стандартном принципе сборки каркасных конструкций.
Несущая способность фасада позволяет исключить и необходимость обрешетки, что также влияет на сроки и стоимость работ.
Как показано на Фиг. 5А, с внутренней стороны возводимой конструкции устанавливается ЦСП 510, которая также выполняет функцию несъёмной опалубки при том, что крепление несъёмной опалубки из ЦСП 510 осуществляется в каждой ячейке образовавшийся между связывающими конструкциями 200 отдельно, т.е. размер такой плиты равен размеру ячейки, а соединение образуется благодаря деревянной стопорной рейке 520. Крепление стопорной рейки 520 осуществляется по всей длине полок стеновой балки двутаврового сечения 230, а также по всей длине накладок 210' и 210'', таким образом, чтобы образовывался выступ за их пределы, достаточный для жесткого крепление несъёмной опалубки из ЦСП 510 к этому выступу при помощи крепежных изделий, предположительно саморезов. Предполагается, что крепление стопорной рейки 510 и связывающей конструкции 200 осуществляется на месте производства, при помощи любых крепёжных изделий, в данном случае саморезов.
На этом этапе по одному из способов осуществления изобретения, происходит бетонирование 540 и армирование 530 в полости, образующейся между несъёмной опалубкой образованной ограждающей плоскостью внутри и снаружи стеновой балки. При том, что армирование 530 может осуществляться осуществляется за счет композитной арматуры. С учетом низкой жесткости композитной арматуры, в случаях, где имеется необходимость реализовать высокий прочностной потенциал при армировании бетона, композитную арматуру допустимо заметить металлической арматурной сеткой. Благодаря данному этапу с высокой степенью повышается огнеупорность, теплоемкость конструкции, а также ее прочность.
На завершающем этапе, после укладки и затвердевания бетонной смеси, проем изолируется ЦСП 550, которая придает дополнительное усиление жесткости, а после устанавливаются гипсокартонные плиты 560 (предпочтительно в 2 слоя).
Предлагаемый способ позволяет быстро, качественно и недорого возводить жилые здания, обладающие высокой степенью прочности, теплозащиты и комфорта. Бригада из двух-трех человек, без наличия специализированной строительной техники, соберет в режиме конструктора здание предлагаемой конструкции за 2-3 дня.