Каркасный модуль здания
Полезная модель относится к модульному объемно-каркасному строительству и может быть использована в малоэтажном домостроении для возведения жилых домов, общественных зданий и сооружений. Техническим результатом полезной модели является обеспечение более высокой жесткости каркаса, сейсмоустойчивости и повышение эффективности объемно-планировочных показателей путем уменьшения площади поверхности ограждающих конструкций по отношению к строительному объему модуля при сохранении высокой скорости сборки, повышение транспортабельности, а также улучшение его эксплуатационных характеристик, в том числе обеспечение эффективной теплоизоляции (отсутствие "мостиков холода"), пожаробезопасности, коррозионной стойкости.
Заявляемый технический результат достигается тем, что каркасный модуль здания, содержащий основание, каркас с внешними и внутренними обшивками и расположенным между ними утеплителем, потолок, пол, стены и кровлю, и инженерные коммуникации, каркас модуля является несущим и выполнен из металлического профиля, образующего жесткую пространственно-замкнутую систему, при этом профиль является фиксирующим элементом рамной конструкции каркаса, на которой закреплены внутренняя и внешняя обшивки потолка, стен и пола, при этом все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода и закрыты утеплителем, основание выполнено в виде верхнего и нижнего многоугольника, верхний многоугольник является вписанным в плане в нижний многоугольник, и сдвинут на 0,5 стороны нижнего многоугольника, металлический профиль каркаса выполнен из прямолинейных профилей - ребер, соединенных между собой крепежными узлами с образованием граней треугольной формы, а крепежные узлы выполнены с возможностью изменять углы наклона профилей-ребер в двух плоскостях,
Полезная модель относится к модульному объемно-каркасному строительству и может быть использована в малоэтажном домостроении для возведения жилых домов, общественных зданий и сооружений.
Известна объемно-каркасная технология возведения зданий (называемая североамериканской технологией), при которой основу стен составляет несущий деревянный каркас, обшиваемый снаружи и изнутри различными материалами, с заполнением внутреннего пространства стены утеплителем.
Деревянный каркас из высушенного соснового бруса снаружи обшит ЦСП (цементно-стружечная плита), гидро- и ветрозащитной мембранной пленкой (Juta, Стройизол). Пленка защищает конструкции от ветрового напора и воды, и одновременно пропускает пары влаги изнутри, что позволяет утеплителю и древесине постоянно находиться в сухом состоянии. С внутренней стороны каркаса уложен утеплитель, например, "ISOVER". Каркас закрыт пароизоляционной пленкой, которая, в свою очередь, защищает утеплитель и деревянный каркас от проникновения влаги изнутри помещения. На внутренней стороне каркаса закреплен гипсокартонный лист (ГКЛ Knauf), выполняющего роль подготовительного слоя для чистовой отделки. Известное производство каркасных домов обеспечивает высококачественную внутреннюю подготовку помещений для чистовой отделки уже на стадии изготовления каркаса (cм.). В заводских условиях изготавливают части строения, затем они перевозятся на строительную площадку, и из них, как из кубиков, в кратчайшие сроки на заранее возведенном фундаменте монтируется одно- или двухэтажный дом.
Однако дома, построенные по известной технологии, не обладают достаточной жесткостью каркаса, что обусловливает и сложность при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке деревянного каркаса к месту строительства, а также недостаточной сейсмоустойчивостью.
Известно модульное здание (варианты) по патенту на полезную модель 
65924 включающее средство доставки модульного здания на строительную площадку. Известное модульное здание содержит каркас из дерева или металла, внешние и внутренние стены и расположенный между ними утеплитель.
При сборке модуля в заводских условиях стены модуля крепят к основанию в собранном виде, что создает разрывы между слоями утеплителя и слабости конструкции в линиях сопряжения стен основания и перекрытия.
Известна колонна для легкой конструкции, состоящая из нескольких патрубков, к которым прикреплены профили, полки которых образуют пазы для крепления продольных брусьев и перегородок (см. патент FR 2667636, МПК8 Е04С 3/30, опубл. 10.04.92 г.) [3].
Недостатками такой конструкции является сложность изготовления и жесткости крепления элементов между собой. Кроме того, металлические части образуют "мостики холода".
Известна конструктивная система для строительства малоэтажных зданий Патент РФ на полезную модель 62128, состоящая из сформированных на базе рамных каркасов: наружных несущих стен, внутренних несущих стен, и пр. Все элементы конструктивной системы изготовлены из тонкостенных стальных профилей, которые соединены разъемным соединением с целью формирования укрупненных конструктивных элементов и создания каркаса здания. Для элементов наружных ограждающих конструкций - наружных стен и чердачных перекрытий предусмотрено применение профилей с перфорированной стенкой, исключающих образование «мостиков холода». Теплозвукоизолирующий материал в наружных ограждающих конструкциях располагается в пределах высоты сечения элементов каркаса и защищается специальными пленками и обшивкой с обеих сторон. Для обеспечения требуемой огнестойкости несущих конструкций используются обшивки из гипсокартонных или гипсоволокнистых листов. Коррозионная стойкость стальных элементов конструкций обеспечивается антикоррозионным покрытием.
Указанная конструктивная система также не обладает достаточной жесткостью каркаса, что обусловливает сложность при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке модуля месту строительства, а также недостаточной сейсмоустойчивостью. Известная конструктивная система для строительства малоэтажных зданий является наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели.
За прототип взят Патент РФ 86634 опубликованный 10.09.2009 г., МПК Е04Н 1/00. Каркасный модуль здания, содержит основание, каркас с внешними и внутренними обшивками и расположенным между ними утеплителем, потолок, пол и крышу, и инженерные коммуникации, причем каркас модуля является несущим и выполнен из металлического профиля, образующего жесткую пространственно-замкнутую систему, при этом профиль является фиксирующим элементом для рамной конструкции из деревянного бруса, на которой закреплены внутренняя и внешняя обшивки потолка, стен и пола, при этом все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода и закрыты утеплителем.
Недостатками прототипа являются недостаточная жесткость каркаса и его сейсмоустойчивость, а также недостаточная эффективность объемно-планировочных показателей (отношение площади поверхности ограждающих конструкций к строительному объему модуля)
Техническим результатом полезной модели является обеспечение более высокой жесткости каркаса, сейсмоустойчивостии повышение эффективности объемно-планировочных показателей путем уменьшения площади поверхности ограждающих конструкций по отношению к строительному объему модуля при сохранении высокой скорости сборки, повышение транспортабельности, а также улучшение его эксплуатационных характеристик, в том числе обеспечение эффективной теплоизоляции (отсутствие "мостиков холода"), пожаробезопасности, коррозионной стойкости.
Заявляемый технический результат достигается тем, что каркасный модуль здания, содержащий основание, каркас с внешними и внутренними обшивками и расположенным между ними утеплителем, потолок, пол, стены и кровлю, и инженерные коммуникации, каркас модуля является несущим и выполнен из металлического профиля, образующего жесткую пространственно-замкнутую систему, при этом профиль является фиксирующим элементом рамной конструкции каркаса, на которой закреплены внутренняя и внешняя обшивки потолка, стен и пола, при этом все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода и закрыты утеплителем, основание выполнено в виде верхнего и нижнего многоугольника, верхний многоугольник является вписанным в плане в нижний многоугольник, и сдвинут на 0,5 стороны нижнего многоугольника, металлический профилькаркаса выполнен из прямолинейных профилей - ребер, соединенных между собой крепежными узлами с образованием треугольных граней, а крепежные узлы выполнены с возможностью изменять углы наклона профилей-ребер в двух плоскостях,
Частным случаем выполнения каркасного модуля здания является то, что конструкция каркаса, образующая стены модуля выполнена из деревянного бруса или литой монолитной, а нижний многоугольник выполнен в виде фундамента или является фундаментом. К крепежным узлам нижнего многоугольника присоединяют 5 ребер, одно из которых укорочено, к крепежным узлам верхнего многоугольника присоединяют 5 ребер, число ребер присоединяемых к верхнему крепежному узлу равно числу сторон верхнего многоугольника.
Заявляемый каркасный модуль здания поясняется следующими графическими материалами.
Фиг.1 - вид каркаса модуля с выделенными гранями, образующими кровлю.
Фиг.2 - вид каркасного модуля сверху.
Фиг.3 - конструкция крепежного узла 6.
Обозначения на фигурах:
1 - нижний многоугольник основания;
2 - верхний многоугольник каркаса основания;
3 - треугольная грань боковой части кровли;
4 - треугольная грань верхней части кровли;
5 - треугольная грань стены модуля каркаса;
6 - крепежный узел верхнего и нижнего многоугольников каркаса;
7 - крепежный узел вершины каркаса;
8 - ребро металлического профиля каркаса (поперечное сечение);
9 и 10 - попарно соединенные детали крепежного узла;
11 и 12 - оси вращения попарно соединенных деталей крепежного узла.
13 - укороченное ребро металлического профиля каркаса.
Каркасный модуль здания, содержит основание, выполненное в виде нижнего 1 и верхнего 2 многоугольников, верхний многоугольник 2 является вписанным в плане в нижний многоугольник 1, и сдвинут на 0,5 стороны нижнего многоугольника 1, каркас с внешними и внутренними обшивками и расположенным между ними утеплителем, потолок, пол, стены и кровлю, и инженерные коммуникации (на фигурах позициями не обозначены), каркас модуля является несущим и выполнен из металлического профиля, образующего жесткую пространственно-замкнутую систему, профиль является фиксирующим элементом рамной конструкции каркаса, на которой закреплены внутренняя и внешняя обшивки потолка, стен и пола, все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода и закрыты утеплителем, металлический профиль каркаса выполнен из прямолинейных профилей - ребер 8, соединенных между собой крепежными узлами 6 верхнего многоугольника каркаса, с образованием треугольных граней, формирующие треугольные грани боковой части кровли 3 и треугольные грани стены модуля каркаса 5, а также крепежный узел вершины каркаса 7, с образованием треугольной грани верхней части кровли 4, причем крепежные узлы 6 и 7 выполнены с возможностью изменять углы наклона профилей-ребер 8 в двух плоскостях. Конструкция каркаса, образующая стены 5 модуля выполнена из деревянного бруса или литой монолитной. Нижний многоугольник 1 выполнен в виде фундамента или является фундаментом. Верхний многоугольник 2 каркаса модуля является «вписанным» по отношению к нижнему многоугольнику. Этим обеспечивается вертикальность стен, которые образуют треугольные грани стены модуля каркаса 5. Ребра 8 металлического профиля каркаса соединяются своими краями друг с другом посредством крепежных узлов верхнего многоугольника каркаса 6, конструкция которых позволяет изменять угол наклона ребер 8 в двух плоскостях, что позволяет унифицировать конструкции модуля: не изменяя формы и размеров, составляющих каркас элементов (сторон и крепежных узлов) строить здания различной площади путем увеличения количества сторон верхнего и нижнего многоугольников. Пример выполнения крепежного узла верхнего многоугольника 6 показан на фиг.3. Ребра 8 металлического профиля каркаса могут быть выполнены из профиля, в качестве которого может быть использован стандартный стальной прокат, имеющий в сечении форму квадрата (например, 100×100 мм). Детали 9 и 10 крепежного узла могут быть выполнены из металлических уголков со скошенными сторонами.
Треугольная форма граней каркаса образует жесткую пространственно-замкнутую неизменяемую конструкцию, обеспечивая повышенную сейсмоустойчивость здания, что имеет значение для строительства в районах сейсмической активности. Кроме того, повышается транспортабельность модуля, т.к. возможно перемещение всего модуля как жесткого целого, при этом не возникают разрушительные усилия и напряжения в его элементах.
Грани металлического каркаса модуля могут является основой для крепления внутренней и внешней обшивок каркаса для потолка, стен и пола модуля по аналогии с прототипом. Кроме этого, площадь, образованная гранями может быть заполнена металлической арматурной решеткой, которая является основой для формирования литых монолитных поверхностей стен и крыши.
Все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода, т.к. снаружи закрыты брусом и утеплены слоем утеплителя толщиной 10 см и более, в зависимости от региона эксплуатации, что полностью исключает «мостики холода».
Все элементы предлагаемой конструкции модульного здания могут быть изготовлены непосредственно на стройплощадке. Крепежные узлы 6 нижнего и верхнего многоугольников присоединяют по пять ребер каркаса каждый (фиг.3). К крепежным узлам нижнего многоугольника присоединяют одно укороченное ребро 13, которое, служит для присоединения нижнего многоугольника к свае фундамента. Конструкция верхнего крепежного узла 7 определяется количеством сторон верхнего и нижнего многоугольников: количество попарно соединенных деталей 9 и 10 равно количеству сторон многоугольников. Если верхний и нижний многоугольники каркаса имеют по пять сторон, то конструкции узлов 6 и 7 идентичны.
Процесс сборки в цехе осуществляют следующим образом: собирают нижний многоугольник каркаса основания 1, который может являться фундаментом здания. Для повышения надежности конструкции, крепежные узлы нижнего многоугольника устанавливают на свайные опоры путем присоединения укороченного ребра 13 к свайной опоре. В дальнейшем собирают верхний многоугольник основания 2 каркаса и ребер 8 верхней части кровли. С помощью грузоподъемного механизма, поднимают собранный верхний многоугольник основания 2 каркаса, вместе с верхней частью кровли на высоту, определяемую выбранной длиной ребер 8, и монтируют на болтовые соединения ребра 8 каркаса. По окончании монтажных работ места болтовых соединений можно усилить электросваркой.
На смонтированный таким образом металлический каркас приваривают металлическую арматурную сетку и формируют монолитные поверхности стен и крыши или монтируют деревянные рамы по аналогии с прототипом, которые являются основой для крепления внутренней и внешней обшивок каркаса для потолка, стен и пола модуля
1. Каркасный модуль здания, содержащий основание, каркас с внешними и внутренними обшивками и расположенным между ними утеплителем, потолок, пол, стены и кровлю, и инженерные коммуникации, каркас модуля является несущим и выполнен из металлического профиля, образующего жесткую пространственно-замкнутую систему, при этом профиль является фиксирующим элементом рамной конструкции каркаса, на которой закреплены внутренняя и внешняя обшивки потолка, стен и пола, при этом все элементы металлического каркаса расположены вне зоны холода и закрыты утеплителем, отличающийся тем, что основание выполнено в виде верхнего и нижнего многоугольника, верхний многоугольник является вписанным в плане в нижний многоугольник и сдвинут на 0,5 стороны нижнего многоугольника, металлический профиль каркаса выполнен из прямолинейных профилей-ребер, соединенных между собой крепежными узлами с образованием треугольных граней, причем крепежные узлы выполнены с возможностью изменять углы наклона профилей-ребер в двух плоскостях.
2. Каркасный модуль здания по п.1, отличающийся тем, что конструкция каркаса, образующая стены модуля, выполнена из деревянного бруса или литой монолитной.
3. Каркасный модуль здания по п.1, отличающийся тем, что нижний многоугольник выполнен в виде фундамента или является фундаментом.
4. Каркасный модуль здания по п.1, отличающийся тем, что к крепежным узлам нижнего многоугольника присоединяют 5 ребер, одно из которых укорочено.
5. Каркасный модуль здания по п.1, отличающийся тем, что к крепежным узлам верхнего многоугольника присоединяют 5 ребер.
6. Каркасный модуль здания по п.1, отличающийся тем, что число ребер, присоединяемых к верхнему крепежному узлу, равно числу сторон верхнего многоугольника.
