Збірно-розбірний каркас малоповерхових будинків

Реферат: Винахід стосується галузі будівництва і може бути використаний для спорудження малоповерхових індивідуальних житлових, промислових і громадських будинків з застосуванням сучасних нових ефективних матеріалів та технологій. В основу винаходу поставлено задачу вирішення проблеми доступного індивідуального житлового та іншого будівництва, значного зменшення його трудомісткості і часу будівництва та введення в експлуатацію. Поставлену задачу пропонується вирішувати таким чином, щоб відмовитись від традиційних підходів, тобто від дорогих масивних бетонних фундаментів, трудомістких і дорогих цегляних стін, залізобетонних перекриттів і дерев'яних дахів, а споруджувати спочатку збірнорозбірний каркас, який включає несучі елементи стін, даху і перекриттів, і після цього вже під дахом завершувати зведення огороджуючих конструкцій і перекриттів із застосуванням сучасних легких і ефективних, а також місцевих матеріалів. Конструкції збірно-розбірного каркаса, які включають збірні залізобетонні, частково металеві або дерев'яні елементи стін, даху і перекриттів однотипного прямокутного перерізу при монтажі об'єднуються за допомогою болтів, без застосування мокрих процесів і зварювання. Тому такі каркаси є легко монтовані і збірно-розбірні, а однотипні прямолінійні елементи для них можна виготовляти із застосуванням сучасних технологій на одній технологічній лінії, а також на місці будівництва UA 106974 C2 (12) UA 106974 C2 самими забудовниками в одній формі. Особливістю збірно-розбірних каркасів є придатність всіх його елементів після демонтажу до багаторазового використання із зміною призначення будинків, зокрема, при розгортанні різних місцевих виробництв, для мобільних поселень при організації масових заходів, а також на випадок надзвичайних ситуацій. UA 106974 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується галузі будівництва. Найдоцільніше використовувати винахід в індивідуальному малоповерховому житловому та іншому будівництві із застосуванням нових матеріалів і технологій. В будівництві житлових, промислових і громадських будинків та будівель іншого призначення, широко застосовують різні каркасні системи з використанням різних будівельних матеріалів: залізобетону, металу і дерева. При цьому з використанням залізобетону застосовують монолітні, збірні і збірно-монолітні конструкції каркасів, а металеві і дерев'яні конструкції збирають з елементів, виготовлених на заводах та підприємствах будівельних організацій, або з елементів, виготовлених на місці будівництва. Такі конструкції каркасів широко описані в технічній літературі: монографіях, підручниках, посібниках, наукових статтях періодичних видань, головні з яких приводяться в списку який подається нижче, а також в патентах, а саме: 1. В підручнику [1, стор. 229-239] розглядаються каркаси в вигляді залізобетонних поперечних рам монолітної конструкції і збірні елементи тришарнірних рам для одноповерхових будинків. 2. В підручнику [2, стор. 120-125] розглядаються металеві однопрогонові одноповерхові рами, складені з лінійних різнотипних елементів коробчастої форми, з'єднуваних за допомогою високоміцних болтів на фланцях, а також рами з нелінійних різних елементів. 3. В підручнику [3, стор. 23-27 і 173-182] розглядаються каркаси конструкції в вигляді тришарнірних збірних залізобетонних рам одноповерхових будинків та їх розрахунок. 4. В довіднику проектувальника [4, стор. 304-306] розглядаються елементи каркасів в вигляді конструкцій дахів, виконаних з трикутних металевих і метало-дерев'яних ферм, а також (стор. 322-325) конструкції дахів із застосуванням залізобетонних крокв, з опиранням їх на несучі стіни і опорні рами в гребеневій частині. 5. В книжці [5, стор. 47-51] розглядаються двошарнірні залізобетонні рами каркаса з попередньо напруженою арматурою, а також (стор. 128) збірні залізобетонні рами, виконані зі збірних Г-подібних колон і ригеля, з'єднаних стиком на зварюванні випусків арматури із замонолічуванням. 6. В книжці [6, стор. 91,102,111] розглядаються двосхилі дерев'яні ферми, з'єднані зі стояками, що утворюють двошарнірні рами каркасної системи, з допомогою шпонок і болтів, або тришарнірні системи, а також дерев'яні конструкції двоповерхового будинку, верхній поверх якого з двосхилим дахом і каркас виконані в вигляді ригельно-стоякової системи. В книжці [6, стор. 124-135 і 168-200] розглядаються також дерев'яні конструкції каркасів малоповерхових будинків, зокрема конструкції каркасів зі складаними двоелементними стояками, між якими пропущені головні балки рам каркасів, а також інші види каркасних конструкцій. 7. В монографії [7, стор. 33-38] розглядаються залізобетонні конструкції каркасів і перекриттів багатоповерхових будинків, зокрема, для збільшеної сітки колон із застосуванням великорозмірних збірних елементів. Розглядаються також (стор. 495-511) різні конструктивнотехнологічні системи типових каркасів і запропонованих автором нових систем збірномонолітних каркасів, з використанням великорозмірних збірних елементів колон і ригелів рам, для різних сіток колон і великих навантажень на перекриття. 8. В підручнику [8, стор. 502-505] розглядаються залізобетонні рами одноповерхових будинків, металеві рами та їх стики на болтових з'єднаннях (стор. 140-159), а також трикутні метало-дерев'яні ферми (стор. 217) для дахів одноповерхових будинків. 9. В підручнику [9, стор. 279] розглядаються метало-дерев'яні трикутні ферми для покрить одноповерхових будинків з підвісною стелею, виконані з прямолінійних елементів верхнього поясу, підкосів і металевим нижнім поясом з кутників та підвісками з круглих стержнів. Розглядаються також дерев'яні рами з шарнірним опиранням дерев'яних ферм на стояки з контрфорсами-відпірниками. Крім цього в підручнику (стор. 336) розглядаються каркасно-щитові збірно-розбірні конструкції дерев'яних будинків, зокрема, типовий проект будинку, розроблений "Гідроенергопроектом" в 1954 р. за участі ЦНИПС. Каркас таких будинків виконується з клеєних тришарнірних рам, розміщених з кроком 3,6 м, а огородження стін і даху з дерев'яних щитів, утеплених мінеральною ватою. Такі каркасні будинки в порівнянні з щитовими конструкціями простіші в збиранні-розбиранні, зручні в транспортуванні, мають більший ступінь готовності і простішу конструкцію. 10. В підручнику [10, стор. 125-127] розглядаються збірні конструкції рам і їх вузли, які виконують за допомогою зварювання випусків арматури і замонолічування, а також вузли ригеля з колоною, в яких з'єднання виконується на болтах або зварюванням вертикальних стержнів арматури колон до закладних деталей. 1 UA 106974 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 11. В підручнику [11, стор. 309-371] розглядаються схеми крокв дахів будинків із збірних залізобетонних лінійних елементів, а також трикутних ферм і рам, які опираються на несучі зовнішні і внутрішні стіни. 12. В книжці [12] розглядаються попередньо напружені залізобетонні конструкції даху в вигляді трикутної двошарнірної системи, складеної з трьох лінійних елементів, опертих на несучі стіни, що з'єднуються між собою за допомогою болтів. 13. В книжці [13, стор. 55,137] розглядаються різні типи каркасів будинків і їх поділ за різними ознаками, такими як: вид матеріалів, влаштування горизонтальних зв'язків і характер сприйняття статичних навантажень. Розглядаються також типові каркасні конструкції одноповерхових і двоповерхових дерев'яних будинків, каркаси яких виконуються з багатьох елементів, а саме: колон (стояків), з'єднаних нижніми і верхніми обв'язками, ригелів та інше. З каркасами не зв'язані і вільно опираються на них дерев'яні конструкції даху, а просторова жорсткість будинків забезпечується спільною роботою колон, ригелів і перекриттів. 14. В підручнику [14, стор. 517-518] розглядаються збірні залізобетонні складані двошарнірні рами, які збираються з п'яти елементів: двох стояків і трьох елементів ригеля двотаврового перетину. Елементи рам з'єднуються металевими стиками, в яких металеві листи приварюються або стикуються на болтах. 15. В підручнику [15, стор. 297-299] розглядаються монолітні залізобетонні конструкції дахів, а також дахів із збірних залізобетонних крокв з лінійних елементів і залізобетонних трикутних ферм, які вільно опираються на зовнішні стіни. 16. В журналі "Будівельний журнал". - № 11. - 2008 на стор. 18-19 в статті авторів О. Меркулова та І. Дермановського "Дерев'яно-каркасний будинок. Технологія доступного житла" приводиться інформація про різні технологічні рішення з використанням сучасних ефективних матеріалів для утеплення і обшивних матеріалів фасадів каркасних будинків. Вказується, що показник енергозбереження таких будинків втричі вищий, ніж цегляних, а також на таку важливу перевагу як швидкість будівництва та зниження вартості на 30-40 %. 17. В журналі "Будівельний журнал". - № 6. - 2010 на стор. 35 в статті Томаса Альтера "Кріплення Peikko за принципом конструктора" приводиться інформація про інноваційні технології компанії "Пейкко Україна" (представника фінського виробника), які забезпечують швидкий монтаж елементів каркаса багатоповерхових будинків із жорстким з'єднанням колон, фундаментів і ригелів багатоповерхових будинків. 18. В патентах України за останні 10 років аналогів не виявлено. Винахід "Збірно-розбірний каркас малоповерхових будинків" належить до галузі будівництва і може бути використаний для індивідуального житлового, громадського, промислового та інших видів будівництва. Задачею винаходу перш за все є вирішення проблеми, головне, будівництва доступного індивідуального житла, значного зменшення його вартості, трудомісткості, часу будівництва і введення в експлуатацію. Поставлена задача, згідно з пропонованим винаходом, вирішується таким чином, що замість дорогих цегляних стін, залізобетонних перекриттів, дерев'яних дахів та масивних фундаментів споруджується несучий просторовий збірно-розбірний залізобетонний каркас, який включає конструкції стін, даху і перекриттів, а пізніше вже під дахом незалежно від умов погоди можна завершувати спорудження стін і перекриттів із застосуванням сучасних легких ефективних, а також і місцевих матеріалів. Більшість відомих систем і конструкцій каркасів, описаних в приведеній заявці та іншій літературі, в тому числі з використанням інших матеріалів мають цілий ряд недоліків, а саме: 1. Обмеженість щодо можливості їх застосування для малоповерхового індивідуального житлового та інших видів будівництва. 2. Велика різнотипність за формою і розмірами поперечного перерізу збірних елементів (колон, ригелів, зв'язків та інших) зі застосуванням при їх монтажі і з'єднанні трудомістких стиків із зварюванням і замонолічуванням. 3. Різнотипність технологій виготовлення окремих збірних елементів (колон, ригелів, дахів і перекриттів) в різних за формою і розмірами формах. 4. В більшості випадків ці каркаси не є збірно-розбірними і придатними для повторного використання. Пропонований винахід, а саме "Збірно-розбірний каркас малоповерхових будинків" дозволяє позбутися вказаних недоліків і при його запровадженні в будівництво можна досягти високих техніко-економічних показників за рахунок таких ознак як: 1. Можливість широкого застосування каркасів для малоповерхового індивідуального житлового, промислового, громадського та інших видів будівництва. 2 UA 106974 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2. Однотипність всіх збірних елементів за формою і розмірами поперечного перерізу для стін, даху і перекриттів. 3. Однотипність технології виготовлення всіх збірних залізобетонних елементів каркаса на одній технологічній лінії, а також на місці будівництва самим забудовником в одній формі. 4. Придатність збірно-розбірних каркасів для повторного багаторазового використання зі зміною призначення будинків і місця будівництва в різних умовах. Збірно-розбірний каркас для індивідуального житлового, малоповерхового та інших видів будівництва виконується з прямолінійних однотипних збірних залізобетонних елементів однакового за розмірами прямокутного, поперечного перерізу із можливістю застосування для них також різних матеріалів: металу, дерева та інше. Збірні залізобетонні елементи каркаса, виготовлені за однотипною технологією з'єднуються між собою жорсткими вузлами на болтах так, що утворюють з елементів колон, стін, даху і перекриттів поперечні безшарнірні рами, жорстко об'єднані з фундаментами. На рисунках показана схема каркасів в розрізах (фіг. 1 і фіг. 2) для малоповерхового, житлового та інших видів будівництва і в плані (фіг. 3), при різних ширинах будинків В від 4,5 до 12 м (фіг. 5 і фіг. 6). Каркаси таких будинків виконуються з однотипних за розмірами прямокутного поперечного перерізу збірних елементів (фіг. 4) колон 4, даху 6 і перекриттів 11, які з'єднані на болтах і утворюють разом безшарнірні поперечні рами, розміщені по довжині будинків на віддалях 1,2-1,5 м і жорстко зв'язані на болтах з окремими фундаментами 1. Для кращого зрозуміння особливостей каркаса до раніш висланих матеріалів додаються дві сторінки рисунків, де показані (фіг. 8÷14). Підписи до рисунків приведені на окремих сторінках. Колони рам двовиткові, виконуються з двох стояків 4, між якими знизу проходять фундаментні балки 2, а вище підвіконні балки 3 і підкрокв'яні балки 5. Всі балки 2,3 і 5 опираються на розпірки 7 двовиткових колон 4 і разом з ними утворюють стінові рами PC в площині стін (фіг. 9 і 10). На підкрокв'яні балки 5 встановлюються і прикріплюються на болтах у верхній частині стояків 4 колон ферми (фіг. 11) конструкцій даху 6 і перекриттів 11. Елементи даху 6 і перекриттів 11 утворюють разом з розкосами 12 і стояками 13 трикутні ферми, жорстко зв'язані з колонами як ригелі рам з допомогою болтів. Конструкції даху у верхній частині в поздовжньому напрямі будинку (фіг. 8) об'єднуються "віконними" РВ металевими рамними зв'язками 8, для одночасного розміщення в них аероосвітлювальних ліхтарів. Ці рамні зв'язки РВ одночасно утворюють разом безрозкісні ферми (фіг. 8) і як ригелі поздовжніх рам жорстко з'єднуються з торцевими колонами 17 для забезпечення просторового характеру роботи каркаса. Такі збірно-розбірні каркаси з однотипних збірних залізобетонних елементів можуть застосовуватися і для одноповерхових житлових індивідуальних будинків з піддашшям (мансардами) 9 (фіг. 1), а також для двоповерхових будинків 10 на всьому плані або його частині, які споруджуються одночасно або постадійно під час їх розбудови або реконструкції. Перелік фігур на кресленнях (Стор. 4, 5 і 6) Фіг. 1 - поперечний розріз І-І каркаса (Стор. 4); Фіг. 2 - поздовжній розріз ІІ-ІІ каркаса (Стор. 4); Фіг. 3 - плани фундаментів, колон і даху (Стор. 4); Фіг. 4 - фрагменти з'єднання елементів каркаса (Стор. 4); Фіг. 5 - поперечний розріз ІІІ-ІІІ будинків з цокольним приміщенням 20 (Стор. 4); Фіг. 6 - поперечний розріз IV-IV будинків на слабих ґрунтах, що залягають на глибину Но до рівня 23 із застосуванням паль 24 (Стор. 4); Фіг. 7 - поперечний розріз елементів каркаса із залізобетону (Б), металу (М) і дерева (Д) (Стор. 4); Фіг. 8 - каркас одноповерхового будинку в аксонометрії (Стор. 5); Фіг. 9 - схеми розташування фундаментів, колон і даху каркаса в перспективі (Стор. 6); Фіг. 10 - фрагмент з'єднання елементів рам каркаса стін PC (Стор. 6); Фіг. 11 - розташування елементів ферми-ригеля перекриття РП (Стор. 6); Фіг. 12А - форма для одночасного бетонування всіх збірних елементів однієї поперечної рами каркаса (Стор. 6); Фіг. 12Б - схема пластинчастого конвеєра для механізованої, автоматизованої або роботизовано технологічної лінії з виготовлення однотипних збірних залізобетонних елементів (Стор. 6); Фіг. 13 - поперечний розріз І-І (Стор. 6); Фіг. 14 - поперечний розріз ІІ-ІІ (Стор. 6). Позначення елементів та розмірів на кресленнях (Стор. 4, 5 і 6) 1 - фундаменти; 3 UA 106974 C2 5 10 15 20 25 2 - фундаментні балки; 3 - підвіконні балки; 4 - стояки колон каркаса; 5 - підкрокв'яні балки; 5-1 - надвіконні балки; 6 - конструкції даху; 7 - розпірки двовиткових колон; 8 - "віконні" рами РВ - зв'язки крокв у верхній частині; 9 - дах в будинках з мансардами; 10 - дах двоповерхового будинку; 11 - балки перекриття і елементи нижнього поясу трикутних ферм даху; 12 - розкоси ферм; 13 - стояки ферми; 14 - середні підвіски ферм; 15 - збірний елемент дашка; 16 - стояки середньої торцевої колони поздовжньої рами; 17 - стояки фахверкових конструкцій торцевої стіни; 18 - середній верхній стояк ферми; 19 - надвіконна і наддверна балка торцевого фахверку; В - ширина каркаса; L - довжина каркаса; l - відстані між рамами; а - відстані між колонами; h - глибина закладання фундаментів; h1 і h2 - висота 1-го і 2-го поверхів; h - висота мансарди; Η - висота будинку; b і h - ширина і висота прямокутного перерізу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Збірно-розбірний каркас малоповерхових будинків житлового, промислового, громадського або іншого постійного або тимчасового призначення, виконаний з однотипних за формою і розмірами поперечного перерізу прямокутних збірних залізобетонних або в поєднанні з іншими матеріалами елементів, виготовлених за стандартною технологією і з'єднаних між собою та фундаментами жорсткими вузлами на болтах так, що вони утворюють разом поперечні рами, складені з двовиткових колон і ригелів рам у вигляді трикутних ферм, які включають елементи крокв даху і перекриттів, об'єднаних між собою у верхній частині поздовжніми зв'язками у вигляді металевих вертикальних "віконних" світло-аераційних ліхтарів, розміщених між фермами. 4 UA 106974 C2 5 UA 106974 C2 6 UA 106974 C2 7 UA 106974 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8