СБОРНО-РАЗБОРНОЕ ЗДАНИЕ Российский патент 1995 года по МПК E04B1/343 E04B1/344 E04B1/38 

Изобретение относится к строительству, а именно к быстровозводимым и быстродемонтируемым сборно-разборным зданиям и сооружениям. Преимущественная область использования: аварийные ситуации, временные стоянки, экспедиции, туристские комплексы и т. п.

Известны технические решения в машиностроении с использованием эффекта памяти формы, которым обладают специальные сплавы, например, никелиды титана, которые при критической температуре, "вспоминая" свою начальную форму, развивают усилия, используемые для сложения и транспортировки конструкции, в состав которых они входят [1]
К примеру, комбинированная конструкция мачты, состоящая из обычного металла и элементов, изготовленных из никелида титана (нитинола), при нагревании которого происходит его деформация, в результате которой мачту не трудно компактно сложить и транспортировать к месту монтажа. "Конструкция мачты называется комбинированной потому, что состоит из компактно сложенных корпусов непрерывной поверхности, которые соединены с компактно сложенным каркасом стержневых элементов. Функции привода для развертывания всей конструкции выполняет каркас после его нагревания выше критической температуры" см. [1]
К этому виду относится комбинированная трансформирующая конструкция емкости, состоящая из металлического каркаса и корпуса привода из нитинола [2]
Приведенные решения являются примерами использования металлов, обладающих эффектом памяти формы, в качестве быстродействующего и малотрудоемкого привода для развертывания или растягивания конструкции в машиностроении и некоторых сооружений специального назначения, как мачты и емкости, которые существенно отличаются от конструкции здания и особенно сборно-разборного, представленного настоящим изобретением, и могут быть представлены только его аналогами.

Наиболее близким техническим решением сборно-разборного здания является [3] Данным решением принята складывающаяся конструкция легкого типа: стены и покрытия состоят из телескопически раздвигающихся частей, скрепляющихся между собой болтовыми соединениями, шпильками и крючками. При сборке и разборке используется линейная раздвижка отдельных частей конструктивов и их повороты одной по отношению к другой вокруг соединяющих их шарниров. Все элементы стен и покрытия соединены прямо или косвенно с неподвижным полом.

К достоинствам известной конструкции относятся несложная складываемость отдельных конструкций в пакеты и их портативность.

К недостаткам следует отнести:
а) необходимость сборки и разборки конструктивов с помощью ручного или маломеханизированного труда и, как следствие, отсутствие быстродействия при этом;
б) ограничение габаритных размеров и веса кабин (здания), что не дает возможность применять здания, приспособленные для эксплуатации в любых условиях (в т. ч. климатических); рассматриваемая конструкция имеет габаритные размеры 1,2 х 2,4 х 2 м и тонкие листовые элементы с неуплотненными примыканиями.

Целью изобретения является снижение трудоемкости и увеличение быстроты монтажа и демонтажа сборно-разборного здания любого назначения.

Поставленная цель достигается тем, что сборно-разборное здание выполнено из блоков предварительно изготовленных отдельных конструктивных элементов, шарнирно соединенных между собой, которые после установки на опорные элементы при монтаже и демонтаже соответственно разворачиваются (сворачиваются) друг относительно друга с помощью механизмов поворота, изготовленных из металла, обладающего памятью формы. Представленная конструкция сборно-разборного здания состоит из двух не связанных до монтажа между собой блоков, каждый из которых включает в себя полупанель перекрытия, шарнирно соединенную с панелью продольной стены, полупанели поперечных стен шарнирно соединены с полупанелью пола с возможностью размещения при складывании между полупанелью пола и полупанелью перекрытия, при этом в сложенном и рабочем положении между панелями продольных стен и полупанелью пола, а также полупанелью перекрытия образованы общие ниши для расположения механизмов их поворота относительно друг друга, при этом каждый механизм поворота закреплен в шарнирном узле, выполнен в виде V-образного очертания, обладает памятью формы и имеет пружинные отжимы, Г-образные фиксаторы его свободных концов обладают памятью формы, причем в составных по длине панелях перекрытий и поперечных стен на стыкуемых торцах выполнены углубления, образующие общие ниши, в которых установлены запорные вкладыши и механизмы их продольного перемещения, обладающие памятью формы, размещенные по краям вкладыша. Сборно-разборное здание после монтажа зафиксировано на опорных элементах с помощью фиксаторов L-образного очертания, также обладающих памятью формы.

Монтаж и демонтаж сборно-разборного здания осуществляется в следующем порядке:
устанавливаются опорные элементы на заранее подготовленное основание. Транспортными средствами с крановым оборудованием подвозятся к месту установки опорных элементов блоки конструктивов в сложенном виде и устанавливаются на опорные элементы. К механизмам поворота подводится электрический ток, с помощью которого в течениe нескольких минут в определенной последовательности нагревается металл с памятью формы и развивается соответствующее усилие, которое разворачивает (при монтаже) панели пола, стен и перекрытие блоков и соединяет их в местах стыкования. При демонтаже происходит сворачивание конструкции в обратном порядке. Между стыкуемыми панелями поперечных стен и покрытий имеющиеся теплогидроизолирующие прокладки обжимаются под действием развивающихся усилий механизмов поворота, обеспечивая герметичность стыков. Монтаж и демонтаж осуществляются разными группами механизмов поворота.

Таким образом, последовательно включая и выключая электрический ток, обеспечивается быстродействие монтажа и демонтажа сборно-разборного здания при малой трудоемкости.

Приведенное техническое решение применимо для монтажа и демонтажа сборно-разборных многопролетных и многоэтажных зданий.

На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6 показаны схемы последовательности монтажа однопролетного, одноэтажного здания; на фиг. 7, 8, 9, 10 схемы демонтажа здания; на фиг. 11, 12, 13, 14 узлы блока конструктивов; на фиг. 15, 16, 17, 18, 19 положение узлов во время или после монтажа и демонтажа; на фиг. 20 схема многоэтажного, многопролетного сборно-разборного здания; на фиг. 21, 22 узлы, относящиеся к сборно-разборному зданию.

На фиг. 1 показан план размещения опорных элементов одноэтажного однопролетного здания, устанавливаемых на подготовленное основание (в зависимости от грунтовых условий песчаная, бетонная или фундаментная опора), подготавливаемое до завоза блоков здания.

На фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 установка блока конструктивов на опорные элементы по осям А и В здания. (В блоке конструктивов соединены стеновые панели с панелями пола и покрытия).

На фиг. 4 показано раскрытие панелей пола со стеновыми панелями, укладываемыми между осями "1" и "2" на опорные элементы по оси "Б" здания.

На фиг. 5 подъем панелей покрытия (перекрытия) между осями "1" и "2", соединяемыми между собой на примыканиях друг к другу по торцам после подъема.

На фиг. 6 раскрытие панелей стенового ограждения, размещаемого на блоках по осям "1" и "2".

На фиг. 7 демонтаж стеновых панелей по осям "1" и "2", опускание панелей до примыкания к панелям пола.

На фиг. 8 демонтаж панелей покрытия (перекрытия), поворот к стеновым панелям по осям "А" и "В".

На фиг. 9 поворот панелей пола, спаренных со стеновыми панелями по осям "1" и "2" здания с примыканием их к стеновым панелям (спаренных с панелями перекрытия) по осям "1" и "2" здания.

На фиг. 10 размещение опорных элементов после демонтажа блоков конструктивов и их переноса на транспортные средства. Опорные элементы перевозятся на новое место установки вместе с блоками конструктивов. Таким образом для одноэтажного однопролетного здания 6 х 6 требуются 6 опорных элементов длиной 6 м и два блока конструктивов, состоящих из примыкающих друг к другу стеновых панелей, панелей пола и перекрытия.

На фиг. 11 показан нижний узел "А" блока конструктивов здания, состоящего из стен пола и покрытия (перекрытия).

На фиг. 12 верхний узел "Б" того же блока, на фиг. 13 показан узел "В" соединение плоскостей торцов панелей перекрытия (покрытия).

На фиг. 14 узел "Г" соединения панелей стенового ограждения по осям "1" и "2" здания с панелями пола.

На фиг. 15 узел "А" (фиг. 11) на монтаже, когда в результате действия разогретых элементов механизмов поворота повернута панель пола, спаренная со стеной, уложенная на опорные элементы.

На фиг. 16 узел "Б" подъем панелей покрытий здания. До монтажа фиг. 12.

На фиг. 17 узел "В" во время монтажа.

На фиг. 18 узел "В" после демонтажа.

На фиг. 19 поворот панелей пола со стеной при демонтаже (после объединения панелей стены по осям А и В с панелями покрытий при демонтаже).

На фиг. 20 схема многопролетного, многоэтажного здания, составленного из элементов одноэтажного однопролетного здания блоков конструктивов, состоящих из панелей стеновых панелей и перекрытий.

На фиг. 21 узел "Д" примыкание верхнего этажа многоэтажного здания к нижнему этажу по оси "1" многоэтажного здания.

На фиг. 22 узел "Е" примыкание верхнего этажа к нижнему по оси 2 многоэтажного здания.

При монтаже сборно-разборного здания на подготовленном основании 1 установлены опорные элементы 2, по длине которых расположены ниши 3; на поверхность блоков с нишами установлены блоки 4 конструктивных элементов, в узлах А, Б, В которых в углублениях 5 вмонтированы жестко прикрепленные к шарнирным креплениям, соединяющим конструктивные элементы, механизмы поворота, к примеру, из сплава нитинол, к которым подключены электрические провода, по которым из пульта управления осуществляется включение и выключение электротока. При подключении тока к механизмам поворота 6 блока 4 они, нагреваясь, распрямляются и отталкивают панель пола 7, соединенную со стеновой панелью 8 осей "1" и "2" здания, поворачивая ее вокруг шарнира 10 до полной укладки на опорные элементы 2 (фиг. 4, 15) при этом концы механизмов поворота 6 закреплены фиксаторами 9, обеспечивающими плавное опускание пары панелей 7 и 8 на блоки 2, затем включается ток на механизм 9, прикрепленный к блоку 7, а механизм поворота 6, остывая, и слегка подталкиваемый сжатой пружиной "а", "вспоминает" начальную форму, затем включается электроток на механизм поворота 11 (см. узел "В" фиг. 12 и 3), закрепленный фиксаторами 12, панель покрытия 13, поворачиваясь вокруг шарнира 15, поднимается до проектной отметки распрямляющимся механизмом поворота 11, при этом распрямлен от электротока фиксатор 14, и затем при охлаждении, слегка отжатый пружиной "6", он закрепляется крюком за механизм поворота 16; при распрямленных от нагреваний фиксаторах 12, прикрепленных к панелям перекрытия, механизмы поворота 11 при нажиме пружиной "В" принимают при охлаждении свою начальную форму. При подъеме панелей 13 (фиг. 5, 13) и стыковании торцов 17 панелей 13, закрепленные в нишах 18 механизмы перемещения 19 расположены так, что сторона 20 левого механизма касается торца 21 втулки 22 так, что ее противоположный торец находится заподлицо с торцом 17 левой панели 13 перекрытия до момента включения электротока на левый механизм поворота 19, а после включения электротока последний, распрямляясь от нагревания, выталкивает вкладыш 22 до упора в правый механизм перемещения 19, таким образом, что вкладыш перекрывает стык между панелями, образовывая цельное балочное покрытие. После включения тока на левом механизме переключения 19, последний, остывая и подталкиваемый пружинным отжимом "б", возвращается в свою начальную V-образную форму; затем включается электроток на механизмы поворота 23 (фиг. 14), последние, распрямляясь, поднимают стеновые панели 8 до проектного положения по осям "1" и "2" здания вращением вокруг шарнира 24 до упора в фиксатор 25, жестко связанный своим углом с шарниром, при этом фиксаторы 26 под подключенным током распрямлены при повороте панелей 8, опускаются на выступы 27 опорных элементов 2 и, остывая, подталкиваемые пружинным отжимом "Д", крюком закрепляются за выступ 27 блоков.

В результате включения и выключения узлов блоков образуется устойчивое и прочное одноэтажное здание в кратчайшее время.

При демонтаже здания (фиг. 7, 8, 9) включается электроток на левый механизм перемещения 19, закрепленный своим углом к левой панели покрытия 13, который, распрямляясь, выталкивает вкладыш 22 до упора в механизм 19, находящийся в левой панели 13, после чего торец вкладыша находится заподлицо с торцом 17 левой панели 13; а левый механизм 19 возвращается в свою начальную форму, отжатый пружиной "Е", затем электроток подается на фиксаторы 12 (фиг. 16), закрепленные на панелях 13 покрытия, в результате чего панели 13 плавно поворачиваются вокруг шарниров 15 и примыкают к стеновым панелям 28 по осям "А" и "В" здания, которые прикреплены заделанными в них фиксаторами 30, предварительно разогретыми, а затем охлажденными, к выступам 27 опорных элементов 2, в которых имеются углубления 31; фиксаторы 12, прикрепленные к панелям покрытия 13 при остывании "вспоминая", начальную (стадию) форму, подталкиваемые отжимом "Ж", закрепляют механизмы поворота 11, а вместе с ними и панели 13 к панелям 28, включая электроток на фиксаторы 25 и 26 и 32 (фиг. 14), они распрямляются, и при этом поворачиваются стеновые панели 8 вокруг шарниров 24 до примыкания к панелям 7 пола, а при остывании фиксаторы 32 закрепляют остывшие механизмы поворота 23 и вместе с ними панели 8 стен. (Остальные пружинные отжимы не показаны).

Включая электроток на механизмы 29 и 9, спаренные панели 7 и 8, поворачиваясь вокруг шарниров 10, примыкают к спаренным панелям 28, 13 и, закрепляясь фиксаторами 9 за механизмы поворота 6, при остывании образуют совместный блок конструктивов 4; (пружинные отжимы не показаны) при зацеплении блоков краном для их подъема и переноса на транспортные средства включаются фиксаторы 30, освобождающие блоки 2 от закрепления к ним блоков конструктивов 4.

Таким образом, порядок монтажа и демонтажа одноэтажного здания, выполняемый оператором на пульте включения и выключения электротока после укрепления блоков конструктивов 4, уложенных на основании 1 блоков 2, происходит в следующем порядке:
1. Монтаж:
во время установки блоков 4 на блоки 2 включены фиксаторы 30;
после установки блоков 4 выключаются фиксаторы 30;
включаются механизмы поворота 6;
выключаются механизмы поворота 6 и включаются фиксаторы 9, прикрепленные к панелям 7 пола;
выключаются фиксаторы 9;
включаются механизмы поворота 11 и фиксаторы 14;
выключаются механизмы 11 и фиксаторы 14 при включении фиксаторов 12, прикрепленных к панелям 13;
включаются механизмы перемещения 19 слева;
выключаютcя механизмы перемещения 19 cлева;
включаются механизмы 23 и фиксаторы 26, 33;
выключаются механизмы 23 и фиксаторы 26 и 33 при одновременном включении фиксаторов 32, прикрепленных к панелям 8;
выключаются механизмы перемещения 19 слева;
включаются фиксаторы 32, заделанные в стеновые панели 8.

Между включениями и выключениями имеются строго регламентированные промежутки времени, требующиеся для нагревания и последующего остывания, в течение которых осуществляется монтаж.

II. Демонтаж:
включаются механизмы поворота 25 и фиксаторы 26 и 32 (последние прикреплены к панелям 8 пола);
включаются фиксаторы 33 и выключаются механизмы поворота 25, фиксаторы 26 и 32, прикрепленные к панелям 8;
включаются механизмы передвижки 19 (справа);
выключаются механизмы 19 (справа);
включаются механизмы поворота 16 и фиксаторы 12, прикрепленные к панелям 13;
выключаются механизмы 16 при включении фиксаторов 14 и выключении фиксаторов 12;
выключаются механизмы 14;
включаются механизмы поворота 29 и фиксаторы 9, прикрепленные к панелям 9 пола;
выключаются фиксаторы 9. Здание собрано в два блока конструктивов 4;
крюком крана подвешиваются блоки 4;
включаются фиксаторы 30 и блоки поднимаются кранами и переносятся на транспортные средства;
краном переносят освободившиеся опорные элементы 2 на транспортные средства для переноса на новое место монтажа.

По аналогичной схеме может быть смонтировано и демонтировано многоэтажное и многопролетное сборно-разборное здание (фиг. 20).

Нижний этаж собирается по схеме одноэтажного здания из блоков конструктивов 4, к которому пристраиваются последовательно по вертикали блоки 34, состоящие из панелей стенок в двух перпендикулярных направлениях, сблокированных с панелями перекрытий.

Соединение этажей по вертикали (узел "Д") осуществляется с помощью механизмов 35, которые при установке блока 34 в подогретом состоянии от электротока входят в ниши нижних стеновых панелей 28 и в охлажденном состоянии, приобретая начальную V-образную форму крюком закрепляются за выступы 36 в стеновых панелях 28, панели перекрытия 38 при подъеме вращением вокруг шарниров 37 (фиг. 20) проходят по распрямленным от нагревания фиксаторам 39, а затем, после охлаждения, "вспоминая" начальную форму после выключения электротока, поддерживают опору приподнятой плиты перекрытия 38.

Узлы размещения механизмов поворота изолируются электрозащитными покрытиями и прикрываются сверху передвижным теплоизолирующим декором (в виде распрямляющейся складки), который во время монтажа выдвигается в проектное положение с использованием усилия, развивающегося на концах нитиноловых механизмов при остывании (при нагревании сила больше, чем при охлаждении).

Сборные панели наружных стен заготавливаются на заводе с заполненными оконными дверными проемами.

Для более короткого срока введения в эксплуатацию здания в панелях стен, полов и перекрытий могут встраиваться: выдвижная мебель, светильники, а также отопление, санузлы и стойкая отделка конструкций.

Для многоэтажных зданий необходимо предусмотреть отдельный блок для лестничных входов (в открытых лестничных клетках или закрытых), которые в многоэтажных и многопролетных зданиях будут являться ядрами жесткости (при осуществлении связей с панелями перекрытий этажей). Теплогидроизоляция может обеспечиваться упругими сборно-разборными вкладышами.

Технико-экономическая эффективность
Комплексы одноэтажных, однопролетных, многоэтажных и многопролетных сборно-разборных зданий могут применяться со значительным эффектом:
на площадках, где произошли аварийные разрушения постоянного жилья или производственных помещений (землетрясение, наводнение, пожары и т. п. бедствия);
на морских и океанских побережьях для отдыха и туризма;
на площадках, где ведутся продолжительные работы (например, геологическая разведка). Для поселков нефтеносных районов и во всех других случаях, где требуется малотрудоемкая быстрая сборка и разборка при переноске на разные площадки строительства и эксплуатации;
временное электропитание при монтаже и демонтаже может быть осуществлено от временной электроустановки;
монтаж и демонтаж зданий осуществляться может при незначительном использовании ручного труда;
транспортные и крановые средства кратковременно используются только при перевозках сборных блоков и их начальной установке;
монтаж и демонтаж здания может быть осуществлен по подготовленной программе автоматически из центра компьютерного управления.

Использование: в строительстве быстро возводимых и демонтируемых зданий и сооружений. Сущность изобретения: сборно-разборное здание содержит конструктивные элементы в виде панелей и полупанелей пола, стен и перекрытия. Каждая пара смежных шарнирно соединенных между собой конструктивных элементов имеет общую нишу с расположенным в ней механизмом поворота элементов относительно друг друга, который выполнен из материала, обладающего памятью формы и имеет пружинный отжим и фиксаторы его свободных концов, выполненные из материала, обладающего памятью формы. Каждый составной по длине конструктивный элемент имеет в стыкуемых торцах углубления, образующие вместе стыка общую нишу с подвижно установленным в ней запорным вкладышем с механизмами его продольного перемещения, выполненными изматериала, обладающего памятью формы. 3 з. п. ф-лы, 22 ил.

1. СБОРНО-РАЗБОРНОЕ ЗДАНИЕ, содержащее опорные элементы, на которые установлены панели стен с шарнирным соединением панелей продольных стен с полупанелями пола, панели перекрытия и панели поперечных стен, каждая из которых выполнена из полупанелей, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости монтажа и демонтажа, полупанели перекрытия шарнирно соединены с панелями продольных стен, полупанель поперечных стен шарнирно соединена с полупанелью пола с возможностью размещения при складывании между полупанелью пола и полупанелью перекрытия, при этом в сложенном и рабочем положениях между панелями продольных стен и полупанелями пола, а также полупанелью перекрытия образованы общие ниши для расположения механизмов их поворота одна относительно другой, при этом каждый механизм поворота закреплен в шарнирном узле, выполнен V-образного очертания, обладает памятью формы и имеет пружинные отжимы, фиксаторы его свободных концов, обладающие памятью формы, причем в составных по длине панелях на стыкуемых торцах выполнены углубления, образующие общие ниши для установки запорного вкладыша и механизмов продольного перемещения, которые обладают памятью формы и размещены по краям вкладыша. 2. Здание по п.1, отличающееся тем, что каждый фиксатор свободных концов выполнен Г-образным. 3. Здание по п.1, отличающееся тем, что панели стен и полупанели снабжены фиксаторами рабочего положения, обладающими памятью формы. 4. Здание по п.3, отличающееся тем, что фиксаторы рабочего положения выполнены L-образными.