Легкий будівельний елемент та спосіб будівництва будівель з його використанням

1 Легкий элемент конструкции в форме панели, предназначенный для строительства зданий и имеющий опорную структуру с, по меньшей мере, двумя опорными балками, которые на их концах соединены между собой поперечинами, отличающийся тем, что между опорными балками (1) и поперечинами находится сердцевина (5) и/или поверхности опорных балок (1) соединены между собой клейкой несущей обшивкой (2), изготовленной из материала толщиной от 0,5 до 5мм, с продольной прочностью на разрыв от 5 до 35 МПа, с прочностью на разрыв в изгибе от 5 до 45МПа, модулем упругости от 2 до ЗОГПа, удельным весом связующего вещества от 1 до 2,7г/см3, прочностью на сдвиг связи в соединении между несущей обшивкой (2) и опорными балками (1) от 1 до 5МПа 2 Элемент по п 1, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, две опорные балки (1) с Uобразным профилем, обращенные друг к другу их открытыми сторонами 3 Элемент по п 1, отличающийся тем, что имеет четыре балки (1) с L-образным профилем, обра щенные друг к другу их открытыми сторонами 4 Элемент по любому из пп 1 - 3, отличающийся тем, что имеет покрытие сердцевины (5) и/или балок (1) дополнительным слоем (6) толщиной от 5 до 50мм с продольной прочностью на разрыв от 0,1 до ЮМПа, прочностью на разрыв в изгибе от 2 до 15МПа, модулем упругости от 2 до 45ГПа, удельным весом связующего материала от 1 до 2,7г/см3, прочность на сдвиг в соединении с клейкой несущей обшивкой (2) составляет от 0,1 до 5МПа 5 Элемент по любому из пп 1 - 4, отличающийся тем, что сердцевина (5) выполнена из пенистого полистирола, прессованного полистирола, пенистого полиуретана, минеральной ваты, пористого цемента, пористых силикатов, ячеистых структур или другого подобного материала 6 Элемент по любому из пп 1 - 5, отличающийся тем, что сердцевина (5) выполнена из прессованной бумажной плиты, отходов, земли, целлюлозы или минерального волокна 7 Элемент по любому из пп 1, 3, 4, 5, отличающийся там, что дополнительный слой на несущей обшивке (2) снабжен канавками для удерживания нанесенного строительного раствора (8) 8 Способ строительства зданий с использованием легких элементов конструкции, отличающийся тем, что слой материала, идентичного материалу несущей обшивки, наносят на опорные балки и/или на несущую обшивку, по меньшей мере, двух соседних панелей 9 Способ по п 8, отличающийся тем, что дополнительный слой этого материала наносят, по меньшей мере, на две соседние панели Изобретение относится к легким элементам конструкции в форме панели, содержащим внутренние усиливающие элементы, и способу строительства зданий, состоящих из этих элементов В настоящее время для строительства зданий используются различные виды материалов Наиболее широко используются камень, древесина, кирпич, бетон, металл, пластмасса и им подобные материалы Каменные здания прочны и наиболее устойчивы к повреждениям, вызываемым окружающей средой, но их принципиальные недостатки заключаются в том, что им присущи ограничительный фактор архитектурного дизайна, медленное продвижение строительных работ, потребность в ручном обращении с материалом, высокие транс О о (О ю 52640 циями, но базовые методы строительства не изменились Полы выше уровня земли обычно выполняются из кирпичной кладки или из дерева Из указанного выше можно сделать вывод, что существует два принципиальных класса технологий строительства зданий тот, согласно которому здания собираются на строительной площадке из отдельных строительных элементов, таких, как каменные, деревянные элементы, кирпичи и т д и тот, согласно которому здания собираются из полуфабрикатов, подвозимых на строительную площадку, таких, как предварительно изготовленные сборочные элементы, в основном в форме различных панелей Предварительно изготовленные сборочные элементы со стальными или деревянными несущими структурами производятся на производственном предприятии и доставляются на строительную площадку, где здание собирается либо целиком с использованием этих предварительно изготовленных сборочных элементов, либо частично из сборочных элементов и частично из компонентов и элементов, собранных на строительной площадке Панели, сделанные из армированного сталью бетона, широко использовались в крупномасштабном жилом строительстве Панели с изолирующим и другими поверхностными слоями или без них использовались для строительства всего Конструкции из бетона или железобетона отздания, включая полы, потолки и крыши личаются прочностью, достаточно устойчивы к внешним воздействиям, но их теплоизоляционные Кроме того, известны предварительно изгои звукоизоляционные параметры довольно низки, товленные панели с использованием слоистых требуются значительные транспортные расходы, элементов с несущим наружным слоем Эти слоинеизбежно наличие на строительной площадке стые элементы, как правило, содержат наружные тяжелых строительных механизмов, и, кроме того, несущие слои и между ними - один или два изолидо сих пор нет удовлетворительного решения рующих или других наполнителей, таких, как, напроблемы сноса этих зданий после истечения пример, фанера, ячеистый материал и т д Приэффективного срока их службы и т д Полы в осмер известного устройства описан в патенте новном изготовляются с использованием балок, №1284571, зарегистрированном Питером Кейном наружные поверхности обрабатываются так, что(Peter Kayne) в 1991 г Существует относительно бы они сопротивлялись воздействию превалибольшое количество патентов, основанных на рующих климатических условий, внутренняя поэтой конструкции Разница между этими патентаверхность выполняется по требованиям потребими заключается, в принципе, только в используетеля мых материалах, возможном расположении и структуре наполнительного материала Некоторые Также известны некоторые реже используепатенты также описывают способы, используемые мые виды природных материалов для строительдля производства этих предварительно изготовства зданий, например, земля, тростник или каленных элементов, так же, как и способы присоемыш, бамбук, солома и им подобные Использовадинения отдельных слоев друг к другу ние этих материалов имеет территориальные ограничения Патент № СА 1169625, зарегистрированный Джеком Слэтером (Jack Slater), относится к самой Также известны технологии, основанные на панели и способу строительства конструкции с использовании комбинаций некоторых из указаниспользованием этой панели Панель содержит ных выше материалов Они относятся, например, опорные стойки либо из металла, либо из дерева, к деревянным или стальным несущим конструкцимежду которыми расположен блок из полистироям, где свободные пространства заполняются кирла Эти панели могут использоваться не только пичом, бетоном, деревом, стеклом, пластмассой для изготовления стен, но и полов Стойки соедиили другими материалами Внутреннее заполненены с наполнителями широко известными видание может выполняться из теплоизолирующего ми клея Внутренняя поверхность обычным спосоматериала, тогда как наружные поверхности могут бом покрыта штукатурной плитой, и наружная быть выполнены из дерева, листового металла, поверхность покрыта кирпичом или другими пофанеры, штукатурки и других материалов Внуткрытиями Отделочная работа на внутренней и ренние поверхности могут быть из штукатурки, наружной поверхностях никак не связана со стойразличных прокладочных материалов, штукатурками и, таким образом, не может передавать каной плиты и т д В последние десятилетия дереких-либо опорных давлений или сил, действующих вянные несущие конструкции в основном были снаружи панелей, кроме их собственной силы тязаменены металлическими несущими конструкпортные расходы, а также в том, что они не обеспечивают достаточной тепловой изоляции и т д Применение древесины в качестве строительного материала открывает больше возможностей в области архитектурного дизайна, она легко может использоваться при изготовлении крыш и полов Основными недостатками древесины являются ограниченная прочность, огнеопасность, меньший срок службы, ограниченные изоляционные качества и т д Кирпичные здания устраняют некоторые из упомянутых выше проблем Основными недостатками строительства из кирпича являются относительно медленное продвижение строительных работ, потребность в высокой квалификации рабочей силы, повышенная стоимость транспортировки и обращения с материалом, необходимость в снабжении стен поверхностными слоями и т д Кирпичи соединяются строительным раствором (жидким раствором), которой также закрывает промежутки между отдельными кирпичами и может использоваться как наружный слой штукатурки или штукатурного гипса Штукатурка (обмазка) может наноситься на внутреннюю, а также на наружную поверхность стены Ранее кирпичные здания обычно имели деревянные перекрытия потолков и полов, позднее в этом варианте применения дерево частично заменил бетон 52640 связующего вещества, составляющим от 1 до жести 3 2,7г/см , при этом прочность на сдвиг соединения Другой пример в настоящее время известного с клейкой несущей обшивкой составляет от 0,1 до уровня техники может быть найден в патенте № 5МПа,и прочность на сжатие давлением от свяСА 2070079, зарегистрированном Витторио Де зующего вещества составляет от 10 до 75МПа Зеном (Vittono De Zen) Этот патент основан на Этот дополнительный слой может содержать штуформировании полых профилей из термопластичкатурку, цемент, минеральное волокно, перлит, ных материалов, которые могут собираться развермикулит и другие материалы, с которыми могут личными путями, при этом можно заполнять побыть получены желательные параметры, такие лости пригодным материалом Патент FR-Aкак огнестойкость, звуковая изоляция и т д 2470213 описывает легкий элемент конструкции в форме панели Это не несущая, внутренняя паИзготовление сердцевины желательно из пенель, используемая только для звуковой и теплонистого полистирола, прессованного полистирола, вой изоляции, Патент ЕР-А-032725261 описывает пенистого полиуретана, стеклянной ваты, порискровельную панель, которая требует дополнитого цемента, пористых силикатов, ячеистых тельного кровельного узла структур и т д Сердцевина может также изготовляться из картона, отходов, земли, целлюлозы Недостатками такого решения являются высоили минерального волокна кая стоимость средств механической обработки (инструментов), необходимых для прессования, Желательно обеспечить снабжение дополнитрудность изменения производимых панелей, ботельного слоя несущей обшивки канавками для лее сложная сборка, меньшая механическая проудержания наносимого строительного раствора чность, трудность обработки поверхности и т д Легкие элементы конструкции, согласно настоящему изобретению, могут использоваться Подводя итог, можно сказать, что строительтаким образом, чтобы слой, идентичный материаство зданий с использованием небольших элелу несущей обшивки, наносился на опорные стойментов требует много времени, материала, трудоки и/или на, по меньшей мере, две соседние паневых, транспортных затрат и т д Строительство, ли, и желательно наносить дополнительный слой основанное на использовании предварительно этого материала на, по меньшей мере, две соседизготовленных панелей, преодолеет некоторые из ние панели этих недостатков, но обычно требует транспортных затрат, оборудования на строительной плоПреимущество этого решения состоит в высощадке, квалифицированного персонала и т д кой степени прочности легкого элемента конструкции, благодаря тому, что весь легкий элемент конУказанные выше недостатки в значительной струкции, согласно настоящему изобретению, степени преодолеваются созданием легкого элеведет себя как единое целое, поскольку опорные мента конструкции с конфигурацией панели, балки между ними прочно прикреплены к прочной предназначенной для строительства зданий, и несущей обшивке и, таким образом, все внутренсодержащего несущую структуру, соответствуюние и внешние напряжения и нагрузки передаются щую этому изобретению Легкий элемент конствсем остальным компонентам этого элемента рукции содержит, по меньшей мере, две опорные Полученная конструкция - полая панель - способбалки, которые на их концах соединены между на передавать высокие значения напряжений как собой поперечинами, между опорными балками и от изгибающих, так и от скручивающих нагрузок поперечинами находится сердцевина, и/или покак в горизонтальном, так и в вертикальном наверхности опорных балок соединены между собой правлениях Таким образом, можно применять клейкой несущей обшивкой, сделанной из матеэтот легкий элемент конструкции как для строириала толщиной от 0,5 до 5мм с продольной тельства стен, так и полов, потолков или крыш прочностью на разрыв, составляющей от 5 до Ввиду того, что несущая обшивка, содержащая 35МПа, прочностью на разрыв на изгибе, составантикоррозионные ингибиторы, прочно приклеена ляющей от 5 до 45МПа, модулем упругости, сок опорным балкам, они защищены от коррозии ставляющим от 2 до ЗОГПа, удельным весом свя3 Таким образом, можно использовать также так зующего вещества, составляющим от 1 до 2,7г/см называемые "сырые" материалы в качестве запрочность связи на сдвиг в соединении между полнителей несущей обшивкой и опорными балками составляет от 1 до 5МПа, и прочность на сжатие давлеЛегкий элемент конструкции, согласно нанием от связующего материала составляет от 10 стоящему изобретению, может, таким образом, до 70МПа использоваться в его базовой форме, то есть как полая панель, но также (и преимущественно) как Предпочтительно изготовление легкого элепанель с заполнителем, которая может быть измента конструкции осуществляется из, поменьбрана для соответствия специальным требованишей мере, двух опорных балок с U-образным ям и доступным материалам профилем, обращенных друг к другу их открытыми сторонами, а возможно и из четырех балок с LЗаполнитель увеличивает прочность легкого образным профилем, обращенных друг к другу их элемента конструкции, но в то же время, с испольоткрытыми сторонами зованием отобранного необходимого материала заполнителя, можно добиваться необходимых Желательно покрыть сердцевину и/или балки качеств всего элемента Это касается, например, дополнительным слоем толщиной от 5 до 50мм с огнестойкости, тепловой и звуковой изоляции, продольной прочностью на разрыв, составляющей устойчивости к окружающей среде и т д Здания, от 0,1 до ЮМПа, прочностью на разрыв на изгибе, возводимые с использованием этих элементов, составляющей от 2 до 15МПа, модулем упругости, будут иметь преимущество в очень жарких райсоставляющим от 2 до 45ГПа, удельным весом 52640 онах, например в Сахаре, так же, как и в очень холодных районах, например, а Антарктике В таких экстремальных условиях желательно использовать балки с L-образным профилем Являющийся основанием элемент конструкции, таким образом, может передавать нагрузки всем балкам и всему поверхностному слою элемента (несущей обшивке) Легкие элементы конструкции, соответствующие этому патенту, легки, компактны при хранении, прочны и, таким образом, в результате, необходимые транспортные расходы невысоки, и при строительных работах не требуется тяжелых механических средств, специальных механизмов или инструментов Будет достаточно основных инструментов и оборудования строительной площадки, например, бетономешалки, насоса и т д Строительные рабочие могут не быть высококвалифицированными специалистами и иметь лишь незначительную подготовку Для строительных работ за рубежом, таким образом, нет необходимости посылать туда специалистов с предприятия, и можно использовать местных рабочих, которые прошли краткий курс подготовки Если это необходимо или целесообразно, заполнение может быть выполнено из материала, который доступен на месте, в районе, где находится строительная площадка 8 ной механической прочности должны были иметь С-образный профиль, то есть требовалось дополнительная операция закатки открытого конца Это вызвало высокие производственные затраты Uобразные или L-образные профили дешевы в производстве и могут штамповаться, что дешевле и проще, чем применение других производственных операций Ввиду простоты конфигурации используемых здесь элементов, не представляет собой проблемы изменение размера конечного продукта в соответствии с текущими потребностями Легкий элемент конструкции сам по себе, так же, как и материал, применяемый при строительстве, экологически безопасны и их можно использовать повторно Срок службы легких элементов конструкции сопоставим со сроком службы используемых в настоящее время панелей и возможно даже больше Устойчивость к природным воздействиям, включая сильные ветры и землетрясения, сопоставима с устойчивостью зданий, построенных с применением классических строительных материалов, и, возможно, даже выше Дополнительным преимуществом является легкость, с которой как наружная, так и внутренняя поверхности могут приспосабливаться к требованиям потребителя Можно отделывать поверхности в широком диапазоне вариантов, таким образом придавая законченной конструкции различные черты Отделка может придать зданию любой вид от скромного до фешенебельного, и в любом случае не будет заметно, что здание построено из предварительно изготовленных элементов Другим преимуществом является то, что двери, окна и т д могут подбираться у местных поставщиков Кроме того, материал исключительно устойчивый, огнеупорный, непромокаемый и, возможно, даже водонепроницаемый Другим преимуществом является то, что можно использовать панели в качестве основания для заливного бетонного пола Этот пол будет адекватно прочен и будет иметь необходимые параметры поверхности Краткое описание чертежей Изобретение и его преимущества будут далее изложены при помощи следующих чертежей Фиг 1 схематически изображает горизонтальное сечение легкого элемента конструкции, соответствующего настоящему изобретению Фиг 2 схематически изображает вид сбоку части стены, составленной из легких элементов конструкции ФигЗ изображает вид в плане и в сечении часть стены, показанную на фиг 2 Фиг 4 схематически изображает вид в плане того, как легкие элементы конструкции, формирующие стену, соединяются друг с другом Фиг 5 схематически изображает вид сбоку элемента, используемого для изготовления полов Фиг 6 схематически изображает вид сечения здания, возведенного с использованием легких элементов конструкции в соответствии с настоящим изобретением Изобретение описано более подробно при помощи следующих чертежей, которые демонстрируют некоторые примеры воплощения изобретения Легкий элемент конструкции в форме панели 10 для строительства здания образован двумя опорными балками 1 из оцинкованной стали с Uобразным сечением, толщиной 1,2мм, шириной 100мм и высотой 30мм Опорные балки 1 расположены так, что их открытые стороны обращены друг к другу Опорные балки 1 на их концах соединены друг с другом поперечинами Несущая обшивка 2 при помощи клея установлена на опорных балках 1 Материал несущей обшивки 2 имеет следующие физические параметры толщина 2,5мм, продольная прочность на разрыв - 7,5МПа, прочность на разрыв на изгибах - 15МПа, модуль упругости - 20ГПа, удельный вес - 2г/см3, прочность на сдвиг в соединении между балками 1 и несущей обшивкой 2 - ЗМПа и прочность на сжатие связующего вещества - 50МПа После того, как несущая обшивка 2 затвердевает, формируется твердая консольная полая панель 10, в которой вызванные напряжения передаются от одной опорной балки 1 к другой и ко всему поверхностному слою легкого элемента конструкции Большим преимуществом является быстрота, с которой производится строительство Завершенный дом может возводиться в течение 2 - 3 дней силами 3 - 4 рабочих Другим преимуществом является низкая стоимость Это вызвано тем фактом, что опорные балки имеют U-образное или L-образное сечение Известные ранее балки для получения достаточ Материал несущей обшивки 2 изготовлен из модифицированного полимером цемента и сетчатой структуры Связующее вещество может содержать ингибиторы коррозии, стеклянное, полистирольное, нейлоновое, полипропиленовое или другие волокна, такие, как углеродное волокно и т д Сетчатая структура может быть тканой или нетканой 52640 10 Опорные балки 1 после соединения между ными балками с L-образным профилем Панели собой покрываются дополнительным слоем 6 10 этой конструкции способны лучше распредетолщиной 8,3мм, с продольной прочностью на лять напряжения, вызываемые внешними воздейразрыв 3,5МПа, прочностью на разрыв в изгибе ствиями, при помощи несущей обшивки 2 Кроме 8,ЗМПа, модулем упругости 13,8ГПа, удельной того, холод может вызывать конденсацию влаги и 3 упругостью 2г/см Прочность на сдвиг в соединеоледенение на внутренней части рамы Использонии между опорными балками 1 и клейкой несувание опорных балок 1 с L-образным профилем щей оболочкой 2 составляет 2,2МПа, и прочность предотвращает это Несущая обшивка 2 передает на сжатие связующего вещества составляет сдвигающее напряжение, так же, как и тянущее 25,1 МПа Дополнительный слой 6 может нанонапряжение Сдвигающее напряжение может песиться обрызгиванием, как обычно делается со редаваться от одной опорной балки 1 с Lстроительным раствором образным профилем к соседней на боковой стене через некоторые другие материалы, такие как Сердцевина 5, которая может применяться, но пластмассы, пропитанное эпоксидной смолой вов которой может не быть необходимости, изготовлокно, эпоксидная смола, полистирол и т д лена из пенистого полистирола Полистирольный блок имеет общие размеры 1200 х 2400 х 100мм Упомянутые выше факты делают очевидным, что легкий элемент конструкции может выполЛегкий элемент конструкции, который должен няться и применяться либо в форме, снабженной использоваться в крыше, производится такими же несущей обшивкой 2, возможно несущей обшивспособами, как и элемент для стен Он имеет кой 2 и дополнительным слоем 7, то есть в форме конфигурацию панели 10 и сформирован из двух полого элемента, либо с сердцевиной 5 без несуспорных балок 1 из оцинкованной стали, несущей щей обшивки 2, с сердцевиной 5 с несущей обобшивки 2 и сердцевины 5 В этом случае несушивкой 2, с сердцевиной 5 и дополнительным щая обшивка 2 должна быть выполнена так, чтобы слоем 7, либо в форме с сердцевиной 5, несущей она была устойчива к повреждениям климатичеобшивкой 2 и дополнительным слоем 7 скими воздействиями, такими как дождь, ветер и т д Опорные балки 1 с U-образным сечением расЛегкий элемент конструкции, согласно этому полагаются так, чтобы их открытые стороны были изобретению, производится так, что две опорные обращены друг к другу Опорные балки 1 на их балки 1 с U-образным профилем располагаются концах соединены между собой поперечинами К так, чтобы они были обращены друг к другу, их поверхностям опорных балок 1 несущая обшивка взаимное положение фиксируется установкой по2 присоединена клеем Материал этой несущей перечин с использованием соединительных элеобшивки 2 имеет толщину 1,5мм, имеет продольментов, болтов или винтов и гаек, и поверх этой ную прочность на разрыв 5,8МПа, прочность на сборки устанавливается и закрепляется несущая разрыв в изгибе 11,5МПа, модуль упругости обшивка 2 В случае использования опорных ба20,1 ГПа, удельный вес 2,1 г/см3, прочность на лок 1 с L-образным профилем, первой операцией сдвиг в соединении между поверхностным слоем является фиксация их положения, и остальные и опорными балками 1 составляет 2,1 МПа„и прочоперации аналогичны ность на сжатие связующего вещества составляет Легкие элементы конструкции, согласно этому 35,8МПа После того, как несущая обшивка заизобретению, монтируются друг к другу так, что твердевает, формируется консольная полая пасоседние панели 10 располагаются рядом друг с нель 10, в которой вызванные напряжения передругом и закрепляются на месте с использованидаются от одной опорной балки 1 к другой и ем соединительных элементов и болтов или винодновременно - ко всему поверхностному слою тов Полоса 3 шириной около 200мм из материалегкого элемента конструкции Сердцевина 5 изгола, идентичного материалу несущей обшивки 2, товлена из облегченного материала Панели 10 помещается на эту сборку из соседних элементов крыши прикрепляются к панелям 10 стен дополниСоединительные элементы и болты или винты тельной механической арматурой остаются на месте, но их функции сводятся к минимуму, поскольку полоса 3 прочно соединяет Легкий элемент конструкции для полов, в элементы между собой В ходе следующей операпринципе, производится таким же способом, как и ции другие полосы 4 материала, идентичного маэлемент для стен Он имеет конфигурацию панели териалу несущей обшивки 2, помещаются на ос10 и сделан из двух опорных балок 1, изготовлентальные открытые части опорных балок 1 и ных из оцинкованной стали, несущей обшивки 2 и поперечин Это обеспечивает получение лучших сердцевины 5 В этом случае опорные балки 1 связывающих соединений между поверхностями имеют высоту 150мм После того, как составляюопорных балок 1 и дополнительным слоем 7 Нащий основу слой 7 из материала, идентичного конец, дополнительный слой 7 толщиной от 10 до материалу несущей обшивки 2, нанесен, на верх20мм наносится на собранные компоненты ней поверхности слоя 7 выполняются канавки для обеспечения лучшего связывания заливаемого Некоторые панели 10 могут содержать отверслоя 8 строительного раствора с несущей обшивстия для окон, дверей и т д Электрическое и друкой 2 Слой 8 заливаемого строительного раствогое оборудование заделано в стену в сердцевине ра может формироваться толщиной от 10 до 5, оборудование накрыто полосой материала, 50мм идентичного материалу, формирующему несущую обшивку 2 В местах, где перепады температур чрезмерны, в легком элементе конструкции могут возниПромышленное применение кать напряжения В этом случае лучше заменить Легкий элемент конструкции, предназначенопорные балки 1 с U-образным профилем опорный для использования в строительстве зданий, и 1 2 11 52640 способ строительства зданий с применением элеми легкие элементы конструкции могут также исментов, соответствующих этому изобретению, пользоваться как заполняющие панели в найдет применение в строительстве семейных конструкциях с применением каркасов из железокоттеджей, промышленных, коммерческих, делобетона или стали вых и жилых зданий высотой до трех этажей Са 4 пп Фіг 6 10 13 52640 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 14