СЕТЧАТЫЙ ОБЪЕМНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ И СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА
SPATIAL CAGED MODULE FOR HOUSE BUILDING AND CONSTRUCTION METHOD

Данное изобретение относится к строительству зданий в целом, точнее к модульному сетчатому объемному элементу, который в комбинации с другими аналогичными элементами позволяет создавать четырехугольные закрытые пространства, пригодные для строительства комнат.
Ближайшим аналогом является патент US 5105589, принадлежащий создателю настоящего изобретения, архитектору Освальдо Н.Родригесу (Osvaldo N.Rodriguez).
Согласно п.1 этого патента изобретение представляет собой модульную идентифицируемую конструкцию для строительства домов, которая в комбинации представляет собой множество тетраэдральных ячеек, расположенных по горизонтали и вертикали с целью формирования нескольких жилых помещений и квартир. Каждая ячейка состоит из шести стержней, два из которых (9-12) находятся на горизонтальном расстоянии друг от друга, пересекаясь под углом 90 градусов. Остальные четыре стержня (3, 4, 5 и 6) расположены по диагонали относительно вышеуказанных (9-12), причем первые нижние оконечности первой пары указанных четырех стержней (3-4) соединены либо противоположные оконечности одного из указанных перекрестных стержней (12) и его первые внешние верхние оконечности соединены вместе с оконечностью другого перекрестного стержня (9).
Вторые внутренние оконечности второй пары четырех стержней (5-6) соединены с противоположными оконечностями упомянутого перекрестного стержня (12) и с другой смежной внутренней оконечностью каждого из четырех стержней (3-4); при этом вторые верхние оконечности соединены между собой, а также с противоположным концом указанного перекрестного стержня (9).
Указанные 6 стержней формируют грани ячейки в форме тетраэдра; указанная пара диагональных стержней (3, 4, 5 и 6) соответствует боковым граням виртуального куба, который определяет жилое пространство помещения. Указанные перекрестные стержни (9-12) каждой конструкции соответствуют диагональным стержням противоположных оснований виртуального куба, при этом стержни формируют грани ячейки в форме тетраэдра, совпадая со стержнями непосредственно прилегающей конструкции для обеспечения последовательности жилых помещений по вертикали и по горизонтали. По крайней мере один из указанных стержней (9) усилен в качестве несущего, включая элемент, схожий со стержнем (10), а также структуру ростверка из деревянных реек между стержнем (9) и элементом, схожим со стержнем (10), а остальные из указанных стержней не имеют усиления.
Этот патент USA заявителя использует модифицированный тетраэдр посредством преобразования одного из стержней в подобие сетчатой балки в качестве опоры для помещений верхнего уровня, а также имеет другие отличия, описанные в формуле изобретения.
Другое исполнение, принадлежащее тому же изобретателю, - это патент, зарегистрированный в Чили за № Р 000106277, и патент, зарегистрированный в Аргентине за № АК 026905 В1, относительно «структурного модуля для строительства теоретически бесконечного ряда жилых помещений в горизонтальном и вертикальном планах посредством расположения указанного модуля рядом со схожими модулями».
Данное изобретение представляет собой строительный модуль для строительства жилых помещений в зданиях, позволяющий совмещать прочную пирамидальную конструкцию с кубической конфигурацией жилого пространства, в котором имеется по крайней мере одна прочная пирамидальная структурная секция из стержней, расположенных в форме полуоктаэдра, позволяющая задать основу для строительного модуля и стен, перпендикулярных друг другу и к основанию, для делимитации полукубических помещений, которые, будучи дополненными полукубическими помещениями смежных модулей, формируют жилые помещения, располагаемые в бесконечном ряду по горизонтали и по вертикали.
Согласно иллюстрации часть полуоктаэдра выравнивается по боковой грани с другими аналогичными [полуоктаэдрами] симметричным образом в шахматном порядке на плоскости основания. Между вершинами каждого модуля укладывается следующее основание в шахматном порядке, оставляя место между вершинами и плоскостью основания следующего ряда, которое закрывается плоскостями стен.
Из краткого описания видны различия между конструкцией, о которой идет речь в настоящей документации, и конструкцией, полученной в результате этого исполнения заявителя. Каждый этаж формируется посредством расположения одной из модульных конструкций, согласно изобретению, рядом с другой. Остающиеся пространства каждого полуоктаэдра закрываются панелями, образующими стены.
Государственный патент US 3710528 имеет название «Конструкции для зданий». Каждая установка сформирована соединением заявленных модульных конструкций, одной возле другой. Из его краткого описания следует, что суть изобретения составляет структура с каркасом в префорированных секциях и тетраэдальных секциях, некоторые из которых имеют свои вершины в первой горизонтальной плоскости, а другие имеют свои вершины во второй плоскости, при этом грани каждой тетраэдальной секции являются общими гранями смежной октаэдальной секции. Балки, размещенные по всей длине граней этих тетраэдальных и октаэдальных секций, из прямоугольных панелей, расположенных в вертикальных плоскостях, определяемых гранями тетраэдальных секций, которые добавлены к балкам, формирующим шестиугольную панель, находятся в первых и вторых плоскостях. Шестиугольные и прямоугольные панели определяют элементы в форме шестиугольных призм.
В данном исполнении первичные модули в форме тетраэдров и октаэдров сопрягаются прилегающим образом и комбинируются через компланарность их соответствующих вершин в последовательных плоскостях. Конструкция дополняется балками, размещенными на их гранях. Изначальная конструкция отличается от описанной в настоящей документации.
Недавно выданный государственный патент US 4869041 имеет название «Специальная арматура с октетами и компонентами для ее соединения». Суть изобретения составляет множество идентичных раскосов с использованием геометрии октаэдра/тетраэдра (октетов), в которой раскосы изготовлены как продольные пространственные конструкции, а не как обычные трубчатые элементы. Второй аспект изобретения относится к использованию одной детали, соединяющей оконечности раскосов с целью задать направление и объединение для структур октетов.
В одном исполнении соединительная деталь имеет форму двух взаимопроникающих тетраэдров, что дает возможность монтировать и демонтировать отдельно взятые раскосы. Также приведено описание фиксирующих деталей, не требующих инструментов для крепления.
Патент US 4869041 имеет несколько определяющих аспектов, которые отличаются от характеристик данного изобретения. Эти различия связаны с геометрией октаэдра/тетраэдра, взаимопроникающих тетраэдров и позволяют удалить компоненты-раскосы из состава конструкции, а также из встроенных средств фиксации для соединения различных компонентов конструкции.
Еще один государственный патент, US 4722162, относится к «Восьмиугольной конструкции, состоящей из нескольких стандартных решетчатых элементов в форме тетраэдра».
Стандартные решетчатые элементы в форме тетраэдра (RTL) могут использоваться в качестве строительных блоков по одному, два и три в пространственных конструкциях повышенной легкости, прочности и жесткости. Сетчатые конструкции могут считаться состоящими из как минимум трех воображаемых кубов без граней, в которых каждый элемент содержит одну пару RTL, а каждая пара RTL формируется полностью из шести элементов, которые пересекаются под прямыми углами, имеют равную длину и соединены в восьми вершинах. Каждая из восьми вершин соответствует углу одного воображаемого кубического элемента, и каждый из указанных кубических элементов вместе с другим из указанной пары RTL имеет одну общую область соприкосновения как минимум с другим кубическим элементом и парой RTL указанной решетчатой конструкции. Эти конструкции могут формироваться цепочками по прямой линии, а также с пересечениями под прямыми трехмерными углами; они удобны для традиционных конструкций, просты в изготовлении и их можно быстро отремонтировать на месте.
Согласно изобретению предложена решетчатая конструкция, состоящая из как минимум трех воображаемых кубических элементов без граней, где каждый элемент содержит пару стандартных решетчатых конструкций в форме тетраэдра, и каждая пара стандартных конструкций в форме тетраэдра сформирована исключительно из 6 пересекающихся под прямым углом элементов, одинаково армированных и равной длины, соединенных в 8 вершинах. Каждая вершина соответствует одному углу одного из указанных кубических элементов с каждым из указанных кубических элементов, имея вместе с каждой из указанных пар стандартных конструкций в форме тетраэдра общую область сопряжения с другим кубическим элементом и парой стандартных кубических элементов указанной решетчатой конструкции.
Регистрации подлежит сочетание модулей в форме тетраэдров, которые в определенных частях формируют основу и пересечения под прямым углом. Подобное сочетание представлено в данном изобретении, которое представлено исключительно первичными модулями в форме тетраэдра с добавлением натяжных устройств или стоек, которые не были представлены в предыдущих исполнениях.
Раскрытие изобретения
В концептуальном плане сетчатый объемный модуль для строительства зданий представляет собой множество обычных элементов тетраэдрической формы, к каждому из которых добавляют, закрепляя за две вершины, два натяжных устройства определенной длины, равной высоте тетраэдра, и формируя таким образом модуль. Для строительства одной квартиры, состоящей как минимум из одной комнаты, используется один модуль, при этом две вершины тетраэдра закрепляются в фундаменте, а одно из натяжных устройств крепится одним концом к одной из вершин тетраэдра, а другое натяжное устройство фиксируется к другой вершине, относящейся к этому же тетраэдру. Таким образом, указанные натяжные устройства, закрепленные параллельно, создают в конструкции вертикальное направление. Между соответствующим концом каждого натяжного устройства и вершиной тетраэдра, закрепленной в фундаменте, находится четырехугольная панель, являющаяся составной частью квартиры. Элементами жилой площади также выступают панели стен, причем по крайней мере одна из них снабжена отверстиями. Завершается построение комнаты панелью потолка, закрепленной на созданной таким образом конструкции. Для сооружения по крайней мере второго этажа на собранной для первого этажа секции сверху размещается второй модуль, повернутый на 90 градусов, при этом горизонтальный внутренний стержень модуля совпадает с горизонтальным верхним стержнем модуля первого этажа. Закрепляются соответствующие натяжные устройства соответствующих вершин, монтируется четырехугольная панель пола, которая является потолком первого этажа. Этот способ последовательно повторяется для каждого этажа, с чередованием модулей, до достижения требуемой высоты.
Еще одна цель настоящего изобретения - предложить простую модульную объемную сетчатую компоновку, состоящую из прочных профилей, комбинируя которые, можно получить основу или арматуру для поддержки комнат. Такая основа может быть смонтирована на этажах большой площади, соединенных с помощью смежных элементов как горизонтально, так и вертикально, один над другим.
Основная цель настоящего изобретения - обеспечить новое исполнение, определяемое одним модулем, к которому, с добавлением нескольких натяжных устройств, прикрепляются панели для формирования пола, потолка и стен, необходимые для устройства жилого помещения.
Другая цель изобретения, которое будет описано ниже, - получить конструкцию, определяющую арматуру здания, с характеристиками высокой прочности, способную сопротивляться силам трения, сжатия и сгиба любой природы, которые вызваны и собственными нагрузками, и естественными причинами, например действием сильных ветров. В результате конструкция приобретает антисейсмические свойства.
Еще одна цель настоящего изобретения - предложить способ создания различных конструкций в результате применения сетчатого объемного модуля.
Чтобы данное изобретение, представляющее собой сетчатый объемный модуль для строительства зданий и технологии строительства, было понятным и легко применимым на практике, далее приводится точное описание предпочтительной формы исполнения, которое сопровождается ссылками на соответствующие чертежи. Это описание приводится исключительно для целей демонстрации и не налагает ограничений на изобретение, компоненты которого могут быть представлены различными эквивалентами, с соблюдением принципов изобретения, установленных в настоящей документации.
Краткое описание чертежей
Чертежи, прилагаемые к данному технико-юридическому описанию.
На фиг.1 показан вид в перспективе способа формирования основного сетчатого объемного модуля из основных составляющих, а также приведены дальнейшие последовательные шаги вплоть до создания жилого помещения.
Фиг.2 предлагает другой частичный вид в перспективе, показывающий последовательность узлов укладываемых друг на друга последовательных элементов до получения каркаса нескольких этажей одного здания. Последняя схема в этой серии соответствует двум смежным секциям.
Фиг.3 - это частичный вид в перспективе основы нескольких этажей с полом, уложенным в процессе строительства. В качестве примера показаны четыре комнаты для сравнения с четырьмя примыкающими помещениями.
Фиг.4 соответствует перспективе основы, приведенной на предыдущем чертеже, в данном случае показаны шесть этажей, одно помещение без потолка, с одной дверью и одним окном.
На ранее описанных чертежах одни и те же условные ссылки означают одинаковые или соответствующие части.
Подробное описание чертежей
На фиг.1 приводится серия изображений, иллюстрирующих процесс строительства одного помещения. При повторении этой секции увеличивается количество комнат определенной планировки.
Основные элементы представлены позициями -I- и -II- в виде тетраэдра, сконструированного из шести профилей, в дальнейшем называемых стержнями, -1-, -2-, -3-, -4-, -5- и -6-, концы которых надежно закреплены между собой, образуя вершины -7-, -8-, -9-, -10-.
Сечение стержней выбирается согласно нагрузке и воздействию сил, которым будет подвергаться строение.
На фиг.1-II представлен тетраэдр с добавлением к его двум вершинам двух натяжных устройств -11- и -12-.
На фиг.1-III добавлена половина панели пола -13-, закрепленная за один конец натяжного устройства -11-, и две вершины -9- и -10-.
На фиг.IV можно видеть, что пол -14- данной секции завершен с помощью другой половины панели пола и натяжного устройства -12- для его прикрепления к вершинам -9- и -10-. Пол держится на вершинах, совпадающих с концами натяжных устройств, и горизонтальном стержне, совпадающем с полом.
На фиг.V между вершиной -8-, натяжным устройством -12- и вершиной -10- добавлена панель, соответствующая межкомнатной перегородке, обозначенной номером -16-. Между вершиной -8-, натяжным устройством -12- и вершиной -10а- добавлена межкомнатная перегородка, обозначенная номером -15-.
На фиг.VI добавлена передняя панель -17- между вершиной -7-, натяжным устройством -11- и вершиной -10-. Эта передняя панель -17- имеет встроенную входную дверь -18- и одно окно -19-.
На фиг.VII к элементу добавлена последняя стена -20-, завершающая комнату на чертеже VIII потолком -21-.
На фиг.2 эскизы III и IV выполнены согласно уже рассмотренному способу, в результате сетчатый тетраэдр с помощью натяжных устройств -11- и -12-, а также половин панелей -13- и -14- формирует один этаж квартиры.
На схеме IX показано, что для создания сверху еще одного этажа следует использовать модульный узел, аналогичный уже полученному на эскизе II, но повернутому на 90 градусов. Теперь совпадают первая вершина -7- с вершиной -8-второго тетраэдра, а первая вершина -8- с вершиной -7-. На дальнем конце этого узла появляются вершины -9- и -10-. Стержень -2- первого тетраэдра совпадает со стержнем -2- второго, и натяжные устройства второго тетраэдра -11- и -12- теперь зависят от вершин -9- и -10-.
На схеме Х основной модульный узел третьего тетраэдра снова поворачивается, оставаясь в позиции, аналогичной позиции первого тетраэдра, взятого за основу, и так далее для следующих схем XII и первой колонны XIII.
Необходимо отметить, что натяжные устройства, «привешенные» к соответствующим узлам, могут быть заменены опорами -Р-, а также указать, что они необходимы для последнего этажа. См. чертежи 3 и 4.
Во всех случаях представляется очевидным, что фундамент должен соответствовать общей массе постройки.
На диаграмме XIII показаны две смежные колонны, которые монтируются аналогичным образом, чередуя базовые модули и их натяжные устройства. На чертеже показано, что видимые профили, обозначенные цифрой -4- и производными -4'-, -4''- и -4'''-, выровнены. Аналогичные действия должны быть выполнены с профилями -5- на противоположной стороне здания. Панели стен должны быть снабжены отверстиями, предусмотренными планом каждого конкретного строения.
Все эскизы, включенные в различные конструктивные варианты, разрабатываются схожим образом (см. пояснения к чертежам).
Отметим, что некоторые полы оказываются подвешенными за натяжные устройства, прикрепленные к узлам -N- в месте стыка вершин тетраэдров, которые соприкасаются снаружи или внутри -М- конструкции.
Способ строительства зданий в соответствии с приведенным описанием состоит из следующих этапов.
1-й этап - подготовка надлежащего фундамента для здания и закрепление первых модулей в форме тетраэдров за две свободные вершины таким образом, чтобы натяжные устройства, прикрепленные к остальным вершинам, опирались на указанную базу.
На 2-м этапе монтируют четырехугольную панель пола, состоящую из двух половин, таким образом, чтобы ее три последовательных угла совпадали с двумя концами натяжных устройств и двумя вершинами первого тетраэдра.
На 3-м этапе монтируют смежные узлы до завершения нижнего этажа, располагая последующие модульные узлы таким образом, что внешние стержни, формирующие часть каждого, принимают противоположные направления.
На 4-м этапе совпадающие вершины скрепляют между собой, монтируют плиты полов и потолка совместно с панелями стен, имеющими отверстия согласно планировке.
На 5-м этапе модульные узлы располагают один над другим для выполнения второго этажа, при этом их натяжные устройства или опоры располагают под углом 90 градусов к натяжным устройствам или опорам первого этажа и вершины, совпадающие в каждом узле, прочно фиксируют между собой; затем монтируют плиты соответствующих полов и стен.
На 6-м этапе продолжают ту же процедуру в том же порядке для каждого этажа с чередованием строительных модулей до тех пор, пока не будет достигнута требуемая высота.
После описаний различных компонентов этой версии изобретения, необходимых для объяснения его сути, далее приводится комментарий относительно функциональных и эксплуатационных особенностей его частей и их предназначения.
Чтобы упростить конструктивное описание изобретения, приведено описание деталей монтажа, показывающих функцию каждого существенного элемента.
Важно подчеркнуть, что объемное сетчатое расположение каждого строительного модуля позволяет формировать узлы сочленения их вершин, в которых необходимо обеспечить надежное крепление, с учетом статических и динамических свойств каждого элемента. Для этого возможно применить электросварку или использовать на каждой вершине какое-либо промежуточное средство. Это применимо как в данном случае, так в общем плане, если стержни выполнены из различных материалов.
Расположение строительных модулей, ориентированных под разными углами, обеспечивает высокую структурную прочность в любом пространственном направлении, в котором такая прочность может потребоваться ввиду возможных перегрузок.
Мы описали одну из конструктивных возможностей, которые конкретизируют изобретение, а также форму его функционирования, дополняя раскрытие синтезом изобретения, который приводится в формуле изобретения, приведенной ниже.