Наземная строительная конструкция, состоящая из блоков и элементов перекрытия

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для создания зданий и сооружений из деталей, предварительно изготовленных с кратными размерами и штабелируемых всухую. Технический результат изобретения заключается в сокращении сроков и снижении стоимости при повышении технологичности строительства зданий и сооружений. Наземная строительная конструкция, состоящая из блоков перекрытия, в которой блоки имеют элементы связи в виде стыковочных выступов на верхней поверхности и стыковочных пазов на нижней поверхности, осуществляющих их взаимную фиксацию без раствора. Типовой блок выполняют размерами 2а · а · (h+0,15а), а поперечное сечение стыковочных выступов и пазов блока высотой и глубиной 0,15а и формой в виде цилиндров, усеченных плоскостями вертикальных сквозных квадратных отверстий, образующих возле нижней поверхности блока нащельники, а возле верхней поверхности - седловидную впадину. Детали перекрытия выполняют с размерами, кратными а, по высоте равными h и со сквозными пазами в одном горизонтальном направлении с шагом, кратным а, а поперечное сечение пазов в виде трапеции высотой 0,15а и цилиндрическими скосами. Устанавливают блоки в стенах в двух перпендикулярных направлениях, образуя выступами блоков на поверхности торцов стен направляющую координатную сетку с шагом а и между блоками в координатную сетку устанавливают пазами детали перекрытия, причем величина а = 175...225мм, h = 220 мм для бетонных или каменных конструкций. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к наземному строительству и может быть использовано для создания зданий и сооружений из деталей, предварительно изготовленных с кратными размерами и штабелируемых всухую, преимущественно для быстровозводимых коттеджных строений.

Предпосылками к созданию изобретения явились проблемы стоимости и сроков строительства жилья, осуществляемого с широко применяемыми на практике традиционными трудоемкими операциями, состоящими из кирпичной кладки с использованием строительного раствора, из выравнивания стен при помощи штукатурки, из подгонки размеров дверных и оконных проемов, перекрытиями, из заделки раствором щелей между дверными, оконными и другими блоками и перекрытиями.

Известен строительный элемент [1], предназначенный для кладки стен без строительного раствора, прочность сооружения обеспечивается при этом вставлением одних элементов в другие в шахматном порядке, а уплотнение получается благодаря плотному прилеганию соприкасающихся поверхностей к внутреннему перекрытию вертикальных и горизонтальных стыков вставляемой частью каждого элемента. Строительный элемент согласно данному изобретению SOULAS PAUL (Франция, 1995 г.) предназначен для возведения стен без использования строительного раствора и без применения отделочной обмазки наружной и внутренней поверхностей благодаря тому, что желаемый внешний вид получают при формовке этого элемента.

Однако существенным недостатком данного строительного элемента является его формовка под давлением в стальной форме, обработанной с точностью до 0,01 мм, что делает его производство, например, из бетона нетехнологичным.

Известна конструкция блоков, изготовленных из древесных опилок, для возведения блочных стен [2]. Конструкция содержит по меньшей мере три блока. Два блока имеют на верхней поверхности стыковочные шпунты и на нижней поверхности - стыковочные пазы для образования разъемного горизонтального стыкового соединения при укладке одного блока сверху на второй блок. Третий блок соединяют с верхним или нижним блоком торцевой поверхностью. Поперечное сечение стыковочного шпунта и паза имеет прямоугольную форму, что дает возможность демонтировать данную составленную из блоков конструкцию (POTVIN RIKARDO, США, 1994 г.).

Однако данная конструкция из-за крестообразных элементов фиксации не пригодна для создания пустотелых бетонных или каменных блоков, что не дает технологичных решений для получения необходимой теплоизоляции наружных стен.

В конструкциях [3] - [5] в виде пустотелых строительных блоков, заполняемых отверждаемым жидким строительным раствором или пенобетоном, стены образуются из штабелируемых всухую блоков. Однако конструкции данных блоков не обеспечивают необходимую герметичность и прочность сооружения без заполнения вяжущим раствором, что значительно снижает технологичность сборки. Во всех рассмотренных выше конструкциях блоков не предусмотрены элементы связи для взаимной фиксации блоков с другими строительными деталями и узлами, а именно: плитами перекрытий, балками над проемами, рядами кладок стен и панелями перегородок, что также не исключает применение в данных стыках вяжущих веществ.

Известна конструкция типового блока [6] (KEPERT HANS DOS SENHEIM, Германия, 1994 г.). Типовой блок предназначен для внутренних помещений, преимущественно для изготовления стен в помещениях административной зоны, для складских и торговых помещений и в частном секторе, содержит несколько модульно собираемых и разбираемых типовых блоков. При этом каждому блоку поставлен в соответствии по меньшей мере один элемент связи, выполненный в виде стыковочных выступов на верхней поверхности и стыковочных пазов на нижней поверхности. Блоки могут быть пустотелыми. Однако недостатком данной конструкции является не предусмотренная фиксация блоков, располагаемых один над другим под прямым углом, например для связки рядов кладки, отсутствуют элементы, предотвращающие образование горизонтальных и вертикальных щелей в стенах при неточном изготовлении блоков.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является наземная строительная конструкция, состоящая из блоков и деталей перекрытия [7], в которой блоки имеют элементы связи в виде стыковочных выступов на верхней поверхности и стыковочных пазов на нижней поверхности, осуществляющих их взаимную фиксацию без раствора. Недостатком этой конструкции является отсутствие элементов, предотвращающих образование горизонтальных и вертикальных щелей в стенах.

Целью предлагаемого изобретения является сокращение сроков и снижения стоимости при повышении технологичности строительства зданий и сооружений.

Указанная цель достигается тем, что типовой блок выполняют размерами 2a x a x (h + 0,15a) а поперечное сечение стыковочных выступов и пазов блока высотой и глубиной 0,15a и формой в виде цилиндров, усеченных плоскостями вертикальных сквозных квадратных отверстий, образующих возле нижней поверхности блока нащельники, а возле верхней поверхности седловидную впадину, детали перекрытия выполняют с размерами, кратными a, по высоте равными h и со сквозными пазами в одном горизонтальном направлении с шагом, кратным a, а поперечное сечение пазов в виде трапеции высотой 0,15a и цилиндрическими скосами, устанавливают блоки в стенах в двух перпендикулярных направлениях, образуя выступами блоков на поверхности торцев стен направляющую координатную сетку с шагом a, и между блоками в координатную сетку устанавливают пазами детали перекрытия, причем величина a = 175 ... 225 мм, h = 220 мм для бетонных или каменных конструкций.

Новыми существенными признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, являются: а) Наличие конструктивных элементов - элементы взаимной фиксации блоков содержат нащельники для перекрытия горизонтальных швов кладки и седловидную впадину для прижатия боковых поверхностей блоков.

б) Наличие связи между элементами - связи блоков с деталями перекрытия и образование при сборке стен направляющей координатной сетки с шагом a фиксирующей детали.

в) Взаимное расположение элементов - элементы взаимной фиксации блоков имеют симметричную конструкцию: их фиксация осуществляется при любом виде кладки.

г) Форма выполнения элементов - элементы взаимной фиксации блоков состоят из выступов и пазов в форме цилиндра, усеченного плоскостями сквозных квадратных отверстий. Пазы в деталях имеют форму трапеции с цилиндрическими скосами.

д) Соотношения для определения длины, ширины и высоты блока и деталей перекрытия, координат выполнения пазов деталей и высоты с глубиной 0,15a стыковочных выступов и пазов 2a х a х (h + 0,15a), где a = 175...225 мм, h = 220 мм для бетонных или каменных блоков.

В результате анализа технических решений в области наземного строительства установлено, что признаки б), г) - неизвестны, признак а) частично известен из [2], признаки в) и д) известны из стандартных конструкций блоков. Однако вместе с неизвестными признаками б), г) известные признаки образуют новую совокупность для достижения цели и заявляемое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Докажем возможность достижения положительного эффекта при осуществлении предлагаемого изобретения.

На фиг. 1 приведено поперечное сечение типового блока с элементами фиксации. На фиг. 2 - продольный разрез типового блока. На фиг. 3 - приведен эскиз фрагмента каркаса здания из типовых блоков с деталями перекрытия, изготовленных заранее. На фиг. 4 - чертеж типового блока. Блок имеет один типоразмер и симметричную конструкцию, позволяющую ему разделяться на две одинаковые половины для осуществления любого типа кирпичной кладки без раствора, не требующей высокой квалификации каменщика, что повышает технологичность.

Блок имеет выступы 1 и пазы 2 с сопрягаемыми цилиндрическими поверхностями, исключающими концентрации напряжений в кладках стен при неточностях изготовления блоков и сколах и упрощающими установку деталей, повышая технологичность.

Блок содержит седловидную впадину 3, которая способствует защемлению нащельников 4 двух верхних блоков в кладке и тем самым прижимает блоки друг к другу, уменьшая вертикальные щели. Нащельники 4 перекрывают щели на большей части горизонтальных стыков блоков, а опоры нащельников 4 и клина, давя на нижний блок на малой площади снижают горизонтальные щели. Кроме того, кладка наружных стен в несколько рядов позволяет перекрыть все щели, образующиеся из-за технологических неточностей. Вышеизложенное позволяет увеличить допуск на изготовление блоков и деталей и снизить их стоимость.

Блоки устанавливаются в двух перпендикулярных направлениях, образуя связки для рядов кладки. При этом обеспечивается устойчивость стен без вяжущего раствора и образуется выступами блока на поверхности торцев стен координатная сетка с шагом a, позиция 2 (фиг. 3). Выступы блоков направляют последующую установку блоков и деталей, исключая операции по разметке, что повышает технологичность строительства. Рассмотрим фиг. 3.

Детали перекрытия 3 (плита) и 5 (балка) имеют пазы 4, сопрягаемые с выступами координатной сетки 2. Детали 3, 5 пазами фиксируются на выступах координатной сетки в одном горизонтальном направлении. В другом направлении данные детали фиксируются блоками, расположенными с двух сторон. Так как блоки и детали имеют одинаковую составляющую для высоты h, то сохраняется горизонтальная поверхность торцев стен при кладке блоков поверх деталей перекрытия. Блоки, уложенные на поверхности деталей без выступов, входят в зацепление и фиксируются с прилегающими к данным деталям блока верхними кладками. Таким образом, стандартные плиты перекрытия, выполненные заранее с пазами, фиксируются в конструкциях без раствора, что снижает стоимость и сокращает сроки при повышении технологичности строительства.

Кроме того, образующиеся в кладке стен вертикальные квадратные каналы служат в качестве установочных мест для закладных 6 крепления дверных или оконных проемов, опор 7 или труб 8, что снижает стоимость и сокращает сроки при повышении технологичности строительства.

Данные каналы могут служить в качестве устройств вытяжной вентиляции, дымоходов и систем пассивного терморегулирования помещений. Например, за счет вытяжки влагоперенос будет осуществляться по каналам от фундамента к крыше здания, передавая тепло земли стенам в зимний период и отбирая тепло от стен здания в летний период. При этом принцип работы данных каналов будет аналогичен принципу, изложенному в описании "Устройство термостатирования тепловыделяющих блоков" по патенту России N 2061308, H 05 K 7/20, от 22.05.92 г. Процессы пассивного терморегулирования будут происходить преимущественно в каналах внешних слоев кладки стен без применения дополнительных к заявленным элементам конструкций, что снижает стоимость и сокращает сроки при повышении технологичности строительства.

Перейдем к обоснованию соотношения для определения длины, ширины и высоты блока и деталей перекрытия, координат выполнения пазов деталей высоты с глубиной стыковочных выступов и пазов 2a х a х (h + 0,15a), где a = 125... 225 мм, h = 220 мм, для достижения поставленной цели.

В самом деле, невысокая стоимость блока и деталей при требуемой точности их изготовления обеспечивается выбором связующего холодного отверждения, не дающего усадки, например цемента. В связи с этим вес блока P, кг является важным технологическим параметром при сборке стен. Учитывая коэффициент пустотности k данной конструкции блока и вероятную плотность материала блока & , построены графики зависимости P(a,h) = f(k х & х 2a · a · h). Вторым фактором является стоимость и технологичность изготовления одного кубометра блоков в зависимости от размеров a, h - T(a, h). Пересечением данных кривых находится интервал a, h = 175...225 мм. Учитывая строительные стандарты, принимаем h = 220 мм (высота железобетонной плиты перекрытия по ГОСТу). Высота с глубиной стыковочных выступов и пазов находится исходя из параметра прочности фиксации элементов C = f (0,05a ... 0,35a) и параметра, зависящего от скорости кладки, технологичности и стоимости изготовления пазов деталей перекрытия и блоков. Получаем значение C = 0,15a. В результате для снижения стоимости и сокращения сроков при повышении технологичности строительства выбираем соотношения для определения длины, ширины и высоты блока и деталей перекрытия, координат выполнения пазов деталей и высоты с глубиной стыковочных выступов и пазов 2a х a х (h + 0,15a), где a = 125...225 мм, h = 220 мм для бетонных конструкций, что и требовалось доказать.

В качестве примера реализации данного технического решения примем типовой проект одноэтажного дома усадебного типа с размерами наружных стен (12,8 х 12,8 х 4,0 м, толщиной стен 0,6 м), с прилегающими к наружним стенам верандами и гаражами на две квартиры. Объем кладки составляет 100 куб.м или 5682 блока с размерами 0,4 м х 0,2 м х (0,22 + 0,03)м, где a = 0,2 м. Вертикальные сквозные квадратные отверстия блоков имеют размеры 0,13 м х 0,13 м. Коэффициент пустотности блока не менее 42%, вес 15 кг. Нащельники блоков имеют минимальную толщину 0,015 м. В состав блока входит краситель для придания эстетического вида стенам здания. Плиты перекрытия имеют размеры 6 м (30a ) х 1,2 м (6a) х 0,22 м (h) со сквозными пазами длиной 1,2 м, шириной 0,18 м и глубиной 0,03 м (0,15 a). Пазы выполнены горизонтально торцу на расстояниях: a, 2a, 15a, 29a от торца плиты. Балки над дверными и оконными проемами имеют размеры 1,2 м (6a) х 0,2 м(a) х 0,22 м (h) или 2,2 м(11a) х 0,2 м(a) х 0,22 м (h) со сквозными пазами длиной 1,2 м или 2,2 м. Фундамент состоит из тех же блоков, уложенных на выровненную песчаную подушку. В нижних рядах кладок фундамента подвального помещения и погреба блоки выполнены с отверстиями в боковых стенках для вытяжной вентиляции. Каркас дома с фундаментом состоит из 5682 блоков 40 плит и 100 балок и будет стоить 35 364000 рублей при стоимости изготовления с доставкой на объект и установкой одного типового блока не более 2 000 рублей, одной плиты не более 500 000 рублей, одной балки не более 40 000 рублей.

Стоимость сданного в эксплуатацию сооружения на сегодняшний день по оценке БТИ составляет 315 000000 рублей. Следовательно, каркас сооружения со стенами, подготовленными для шпатлевки и оклейки обоями, составляет менее 12% стоимости данных квартир. Сборка каркаса не требует высокой квалификации рабочих и сводится к погрузо-разгрузочным работам двухсот тонн деталей и осуществляется за 320 человеко-часов при наличии малой механизации. Сборка каркаса здания осуществляется совместно с установкой окрашенных дверных блоков и стеклопакетов, установкой креплений, монтажем в полостях стен труб и электропроводки, что приводит к сокращению сроков и снижению стоимости при повышении технологичности строительства здания.

Источники информации 1. Патент Франции N 2711165 A1. Строительный элемент для возведения стен без использования строительного раствора, E 04 C 1/00 от 21.04.95 г. (Аналог).

2. Патент США N 5365714 A. Блоки, изготовленные из древесных опилок, для возведения блочных стен, E 04 B 2/08 от 22.11.94 г. (Аналог).

3. Патент Франции N 2707683 A1. Пустотелый строительный блок, заполняемый отверждаемым жидким строительным раствором, E 04 C 1/00, от 20.01.95 г.

4. Патент Франции N 2712324 A1. Конструкция из предварительно изготовленных блоков и строительные блоки для выполнения конструкции, E 04 C 1/00, от 19.05.95 г.

5. Патент России N 2081264. Строительный блок, E 04 C 1/00, E 04 B 2/08 от 10.05.94 г. (Аналог).

6. Патент Германии N 4301222 A1. Типовой блок, E 04 B 2/02 от 21.07.94 г.

7. Патент Германии N 1249442 A, 07.09.67 г. E 04 B 1/04.

Формула изобретения

Наземная строительная конструкция, состоящая из блоков и элементов перекрытия, в которой блоки имеют элементы связи в виде стыковочных выступов на верхней поверхности и стыковочных пазов на нижней поверхности, осуществляющих их взаимную фиксацию без раствора, отличающаяся тем, что блоки имеют размеры 2а · а · (h + 0,15а), а поперечное сечение стыковочных выступов и пазов блоков высотой и глубиной 0,15а представляет форму цилиндрических поверхностей усеченных плоскостями вертикальных сквозных квадратных отверстий, образующих возле нижней поверхности блока нащельники, а возле верхней поверхности - седловидную впадину, детали перекрытия имеют размеры кратные а, по высоте равные h и со сквозными пазами в одном горизонтальном направлении с шагом кратным а, а поперечное сечение пазов имеет форму трапеции с цилиндрическими скосами и высотой 0,15а, причем блоки в стенах расположены в двух перпендикулярных направлениях, образуя выступами блоков на поверхности торцов стен направляющую координатную сетку с шагом а и в координатной сетке с блоками стыкованы пазами детали перекрытия, причем величины а = 175 ... 225 мм, h = 220 мм для бетонной конструкции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3