модульная система каркаса здания

Формула изобретения

1. Модульная система каркаса здания, содержащая соединенные друг с другом в местах пересечения стержни, образующие геометрические объемные фигуры, отличающаяся тем, что геометрические объемные фигуры выполнены в виде параллелепипедов с прямыми углами, трехгранных призм и пирамид, образованные стержнями ребра которых имеют длину где l - длина максимального ребра параллелепипеда, входящего в модульную систему, причем при объединении геометрических фигур друг с другом своими гранями или ребрами каждый из образующих эти грани или ребра смежных стержней принадлежит одновременно каждой из объединенных фигур.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что параллелепипеды с прямыми углами, входящие в модульную систему, имеют соотношение ребер 1 : 1 : 1, или 1 : 1/2 : 1, или 1 : 1/2 : 1/2, или 1/2 : 1/2 : 1/2, или или

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что трехгранные призмы, входящие в модульную систему, имеют соотношение ребер или или или или или или или или или

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что пирамиды, входящие в модульную систему, имеют соотношение ребер и высот или или или где 1/2 - высота пирамиды, или где 1 - высота пирамиды, или или или или е

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении малоэтажных зданий (дач, сельских жилых домов, общественных зданий рекреационного, социального, культурного, бытового, спортивного назначения, производственных и складских помещений, гаражей, бань им и.п.).

Известна пространственная модульная строительная система, выполненная в виде блок-модулей, имеющих в плане вид сектора окружности, а в вертикальном разрезе - C-образное поперечное сечение. Блок-модули собираются на круглом фундаменте вокруг центрального элемента, стыкуясь друг с другом своими боковыми гранями и образуя круглое в плане здание [1].

Недостатком этой системы является ее жестко заданная конструктивная схема, не позволяющая разнообразить возводимые в этой системе здания.

Большее разнообразие зданий позволяет получить модульная система по техническому решению [2], в котором здание возводится в виде модульных объемных элементов квадратного в плане сечения, установленных на некотором расстоянии друг от друга и объединенных друг с другом перекрещивающимися вертикальными диафрагмами, образующими межквартирные коридоры. Промежутки между модульными объемными элементами имеют наружные стены и перекрытия.

Описанное техническое решение пригодно для многоэтажных жилых зданий, однако в таких зданиях невозможно разместить учреждения, например, физкультурного или производственного назначения, поскольку помещения здания имеют замкнутый ограниченный объем.

Известна также сводчатая конструкция, образованная на сборных плоских или пространственных элементов одинакового размера. Конструкция опирается на фундамент. Она выполнена по длине из чередующихся разновысоких секций с взаимным заскреплением смежных секций посредством связевых элементов, выполненных в виде раскосов, строек и /или/ гибких тяжей [3].

Эта конструкция, хотя и позволяет перекрывать значительные пролеты помещений, однако недостатком ее является жесткая ограниченность сочетаний стыкуемых друг с другом объемов и как следствие этого - очень узкий круг функциональной пригодности конструкции.

Наиболее близким к изобретению является пространственный каркас здания, выполненный в виде модулей, образованных вертикальными решетками, соединенными поперечными неразрезными стержнями. Решетки выполнены у наклонных стержней, образующих четырехугольные ячейки с горизонтальными связями и соединительными элементами с отверстиями для пропуска поперечных неразрезных стержней и болтов [4].

Пространственный модульный каркас описанной конструкции хорошо решает задачи строительства зданий на склонах, вписываясь в рельеф местности и перераспределяя нагрузку от наземной части здания на его фундамент, однако как и в случае с аналогом [3] круг функциональной применимости и разнообразия этой применимости у такого каркаса весьма ограничены.

Задача изобретения - создание модульной системы каркаса здания, состоящей из минимального количества элементарных деталей, собираемых в модулируемые простейшие объемные геометрические фигуры, обладающие технологичностью при сборке и придающие зданию, сооружению или их частям соизмеримость. Эта задача решается за счет того, что модульная система каркаса здания содержит соединенные друг с другом в местах пересечения стержни, образующие геометрические объемные фигуры, выполненные в виде параллелепипеда с прямыми углами, трехгранных призм и пирамид. Объемные фигуры образованы стержнями, ребра которых имеют длину , где l - длина максимального ребра параллелепипеда, входящего в модульную систему. При объединении геометрических фигур друг с другом своими гранями или ребрами каждый из образующих эти грани или ребра смежных стержней принадлежит одновременно каждой из объединенных фигур. Параллелепипеды с прямыми углами, входящие в модульную систему, имеют соотношение ребер 1:1:1, или 1:1/2:1, или 1:1/2:1/2, или 1/2:1/2:1/2, или , или . Трехгранные призмы имеют соотношение ребер или или или или или или или или или Пирамиды имеют соотношение ребер и высот или или или , где 1/2 - высота пирамиды, или , где 1 - высота пирамиды, или или или , или

Сопоставительный анализ предлагаемой модульной системы каркасного здания с прототипом показывает, что она отличается, во-первых, ограниченным количеством первичных элементов -стержней, длина которых имеет четко выраженную математическую зависимость от базового стержня, определенного длиной максимального ребра, параллелепипеда, входящего в модульную систему, и, во-вторых, - большим разнообразием образованных этими стержнями объемных фигур при резком ограничении типов этих фигур: параллелепипед с прямыми углами (как частный случай - куб), трехгранная призма и пирамида. При этом ребра одной из объемных геометрических фигур, образующих каркас здания, сочетаются по длине с соответствующим ребром других геометрических фигур.

Сравнение позволяет сделать вывод о наличии признака новизны в предлагаемом изобретении.

Сравнение предлагаемого модульного каркаса с другим известными техническими решениями того же назначения показывают, что предложенный модульный каркас с его ограниченным количеством составляющих объемные геометрические фигуры стержней позволяет получить большое разнообразие конструктивных решений зданий и сооружений: от простейшего односкатного сарая до шатровой церкви с колокольней, трапезной и гульбищем. При этом следует учитывать, что предлагаемая модульная система каркаса здания является чисто инженерным решением и не подпадает под действие п.3 ст.4. Патентного закона РФ. Это сравнение говорит о промышленной осуществимости изобретения, позволяющего получить ранее неизвестный эффект.

На фиг. 1 показано образование элементов объемного каркаса в виде прямоугольных параллелепипедов; на фиг. 2 - образование элементов объемного каркаса в виде трехгранных призм; на фиг. 3 - образование элементов объемного каркаса в виде пирамид; на фиг. 4 - узел соединения элементов объемного каркаса; на фиг. 5 - применение пространственной модульной системы в жилом здании; на фиг.6 - применение пространственной модульной системы в общественном здании;

За основу построения объемных геометрических фигур, составляющих модульную систему каркаса здания, взят куб 1 с длиной ребра 2, условно принятой за единицу. Производные прямоугольные параллелепипеды образованы путем использования половины 3 длины ребра 2 куба 1 и путем построения параллелепипеда на диагоналях 4, соединяющих середины двух перекрещивающихся ребер 2 основного куба 1. Таким образом получаются шесть модификаций прямоугольных параллелограммов с соотношением сторон 1:1:1, или 1:1/2:1, или 1:1/2:1/2, или 1/2:1/2:1/2, или или

Аналогичный подход применяется к образованию трехгранных призм, однако в этом случае, помимо равнобедренных призм, можно получить призмы с прямоугольными треугольными основаниями, если все грани призмы (за исключением одной) расположены в плоскостях, параллельных плоскостям куба. В образовании трехгранных призм участвует помимо ребра 2, половины 3 ребра диагонали 4, соединяющей середины двух перекрещивающихся ребер, также диагонали 5 грани 6 куба 1, половины 7 диагоналей 5, а также диагонали 8, соединяющие в плоскости грани 6 куба один из углов с серединой противолежащего ребра. Таким образом, можно получить 10 модификаций призм с соотношением ребер или или или или или или или или или

При образовании третьей группы объемных геометрических фигур-пирамид можно получить 11 модификаций пирамид, часть из которых, имеющая минимум две грани, расположенные в плоскостях, параллельных плоскостям основного куба, имеют как минимум по две взаимно перпендикулярные грани. В образовании этой группы участвуют дополнительно диагонали 9, соединяющие точку 10 пересечения диагоналей 5, расположенных на одной грани 6 куба 1, с одним из противолежащих углов 11, а также диагонали 12, соединяющие точку 10 с серединой 13 противолежащей грани, и диагонали 14, расположенной между точкой 15 пересечения диагоналей (не показаны) куба и точкой 13 и диагоналями 16, расположенными между точками 15 и 11. Соотношение ребер и высот в пирамидах равно или или или , где 1/2 высота пирамиды, или , где 1 - высота пирамиды, или или или .

Соединение стержней друг с другом в случае их изготовления из дерева может быть выполнено следующим образом.

На торцах 17 стержней образованы надрезы 18 разной конфигурации: в вертикальных стержнях-стойках 19 они имеют вид сквозных прорезей 20, а в горизонтальных 21 и наклонных 22 стержнях-балках эти прорези 23 имеют наклонную относительно продольной оси стержня стенку 24. В прорези 20 вертикальных стержней-стоек 19 вставляются плоские металлические или пластмассовые пластины 25, на консольно выступающие части 26 которых опираются при сборке каркаса прорезями 23 горизонтальные 21 и наклонные 22 стержни-балки. Для фиксации стержней и пластины 25 относительно друг друга в рабочем положении в этих элементах выполнены горизонтальные отверстия 27, в которые при сборке каркаса вставляются фиксаторы 28.

Очевидно, что в случае выполнения каркаса из стального проката соединение его элементов может быть иным, более соответствующем применяемому материалу, например на болтах или на сварке на существо конструкции это влияние не оказывает.

Применяя предлагаемую модульную систему каркаса здания, можно построить с ее помощью разнообразные по своему функциональному назначению и архитектурному воплощению этого назначения дома, начиная от простейшего сарая с односкатной кровлей и кончая такими сложными сооружениями, как православная церковь с шатровой колокольней и гульбищем, а из гражданских общественных зданий клубы, кафе и т.п.

Помимо описанных каркасов призматической, пирамидальной и параллелепипедной формы могут быть с применением уже упомянутых элементов получены каркасы октаэдральной, гексаэдральной, ромбической и т.п. формы. Так, приведенный на чертеже шатер 29 церкви 30 выполнен из каркаса ромбической формы.

Применение модульной системы каркаса позволяет наладить изготовление элементов каркаса в заводских условиях, значительно упростив технологию их обработки и сборки на объекте.

Источники информации

1. Патент США N 4612741, НКИ 52-79.4, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 1747651 от 1992 г. кл. E 04 H 1/00.

3. Патент РФ N 2016967 кл. E 04 B 1/32, 1994.

4. Авторское свидетельство СССР N 1597435, кл. E 04 H 1/00, 1990, прототип.