СТРОИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 1996 года по МПК E04B1/343 E04B1/32 

Изобретение относится к строительству и, в частности к так называемым конструктивным модулям, обладающим упругой гибкостью и высокой степенью сборности, и может быть использовано в качестве основного элемента при создании несущих и ограждающих строительных конструкций, зданий и сооружений, преимущественно легких, сборно-разборных, трансформируемых из плоскости в пространство.

Известен строительный модуль, конструкция которого [1] представляет собой клиновидный сектор, состоящий из плоских панелей трапецеидальной формы. Это позволяет из подобных клиновидных секторов получать сборно-разборные пространственные конструкции типа куполов, оболочек, имеющих объемные формы положительной гауссовой кривизны. Однако в этом случае получение объемных форм, обладающих выпуклостью в двух взаимно перпендикулярных направлениях, из плоских панелей трапецеидальной формы возможно лишь за счет изготовления последних с различными углами сопряжения в поперечном и продольном направлениях для конкретной пространственной конструкции и с последующей сборкой ее на монтажной площадке.

Недостатком известной конструкции модуля является необходимость выполнения каждой панели и самого клиновидного сектора, состоящего из набора этих панелей, с различными торцевыми скосами, что не только увеличивает трудоемкость изготовления, но усложняет сборку в процессе монтажа и снижает надежность конструкции из-за большого количества типоразмеров и крепежных приспособлений. Кроме того, в этом случае совсем не обеспечивается вариабельность в получении объемных форм из одного типа строительного модуля.

Наиболее близким по технической сущности является сборное покрытие, представляющее собой строительный модуль [2] состоящий из однотипных прямоугольных секций, образующихся упруго-гибкими поперечными балками, трансформирующимися в арки, состоящими из шарнирно-соединенных через наружные гибкие несущие пояса жестких элементов с вогнутыми торцами, образующие между смежными элементами полости, через которые пропущены перпендикулярно к балкам продольные ребра в виде жестких стержней с круглыми или овальными поперечными сечениями.

Такое решение строительного модуля обеспечивает скомпонованным из него покрытиям трансформацию из плоскости в пространство, что позволяет получить набор объемных форм как положительной, так и отрицательной гауссовой кривизны (цилиндрические оболочки, своды типа коноида, гиперболические оболочки и т.д.).

Недостатком известного строительного модуля является ограниченность в трансформации конструкции модуля из плоскости в пространство, которая возможна лишь в плоскости образования арок, что не только ограничивает вариабельность в получении объемных форм из одного типа строительного модуля, но и требует дополнительно других типов строительных модулей для завершения объемных форм зданий и сооружений.

Все это увеличивает материальные и трудовые затраты, связанные с изготовлением различных типов конструктивных модулей и последующего монтажа из них несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Кроме того, сложно обеспечить жесткие узловые сопряжения продольных ребер с элементами поперечных балок из-за деформативности краев ее вогнутых торцов смежных элементов. В силу чего при трансформации в процессе образования из поперечных балок арок в полостях между смежными элементами возможны смещения по высоте пропущенных через них продольных цилиндрических стержней с последующим их закусыванием острыми краями торцов смежных элементов и поломкой от действия монтажных и эксплуатационных нагрузок. Все это не только затрудняет сборку, но снижает надежность конструкции в процессе ее эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение области применения за счет образования различных объемных форм зданий, повышение надежности, снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа конструкций, получаемых на основе строительного модуля, трансформируемого из плоскости в пространство.

Сущность изобретения заключается в том, что строительный модуль включает поперечные балки, состоящие из шарнирно-соединенных жестких элементов прямоугольного сечения с наружными гибкими поясами. Жесткие элементы, выполненные с вогнутыми торцами, снабжены по концам жестко установленными хомутами-карабинами, повторяющими форму торцов, и образуют между смежными элементами полости, в которых установлены продольные стержни цилиндрической формы, перпендикулярные поперечным балкам, с образованием прямоугольных секций. Цилиндрические стержни состоят из жестких элементов, установленных в гибкую цилиндрическую оболочку, или жестких трубчатых элементов, насаженных на нее, со смещением общей длины жестких элементов, относительно равной длины оболочки, с образованием на одном конце штыря, а другом втулки.

Длина поперечных балок и продольных стержней является переменной, кратной шагу "h" в поперечном направлении и шагу "а" в продольном, с образованием прямоугольных секций с соотношением сторон h/a≥ 1.

Варьируя длинами, количеством продольных и поперечных элементов можно видоизменять строительный модуль и тем самым получать на основе одного модуля различные pазвертки зданий, превращающиеся при трансформации из плоскости в пространство в объемы различной формы.

На фиг. 1 изображена конструкция строительного модуля; на фиг. 2 - конструкция поперечной балки в аксонометрии; на фиг. 3 конструкция продольного упруго-гибкого цилиндрического стержня в аксонометрии; на фиг. 4 - конфигурации строительного модуля на плоскости, (четырехугольная форма, треугольная форма, пятиугольная форма); на фиг. 5 развертка объемной формы здания, набранная из четырехугольных строительных модулей; на фиг. 6 - объемная форма здания, полученная в результате трансформации развертки, набранной из четырехугольных строительных модулей; на фиг. 7 развертка объемной формы здания, набранная из треугольных строительных модулей; на фиг. 8 объемная форма здания, полученная в результате трансформации развертки, набранной из треугольных строительных модулей; на фиг. 9 развертка объемной формы здания, набранная из пятиугольных строительных модулей; на фиг. 10 - объемная форма здания, полученная в результате трансформации развертки, набранной из пятиугольных строительных модулей; на фиг. 11 шарнирные сопряжения поперечной балки с продольными цилиндрическим стержнями; на фиг. 12 конструкция хомута карабина.

Строительный модуль включает прямоугольные секции 1 из поперечных балок прямоугольного сечения 2 и продольных упругогибких цилиндрических стержней 3 различной длины, пересекающихся в одной плоскости под углом 90 и гибкую оболочку 4 (фиг. 1), (фиг. 11).

Конструкция поперечных балок 2 (фиг. 2) выполняется из жестких элементов 5 прямоугольного сечения с вогнутыми торцами, соответствующих их форме хомутов-карабинов 6, установленных по концам элементов и соединяющих их через хомуты-карабины (фиг. 12) наружных гибких поясов 7, выполненных, например, из тканерезиновых материалов с образованием фиксированных с шагом "h" полостей 8 между смежными элементами 5.

Продольные упругогибкие цилиндрические стержни 3 состоят (фиг. 3) из наружной гибкой цилиндрической оболочки 9, например, резинотканевой, строго соответствующей диаметру полостей 8 в поперечных балках 2 (фиг. 2), через которые они пропускаются, и внутренних жестких элементов 10, например, деревянных, круглого или овального поперечного сечения, длиной, равной шагу "а", запрессованных в гибкую цилиндрическую оболочку 9, или жестких, например, металлических, трубчатых элементов 10, насаженных на гибкую цилиндрическую оболочку 9, со смещением общей длины жестких элементов относительно равной длины оболочки, образуя на одном конце продольного упругогибкого цилиндрического стержня втулку 11, а на противоположном штырь 12, служащие для образования замковых устройств 13 (фиг. 5-10), скрепляющих продольные упругогибкие цилиндрические стержни между собой в результате последующего введения штырей во втулки.

Монтаж начинается с компановки разверток объемных форм зданий из принятых конструктивных модулей, которые собирают либо в заводских условиях, либо на строительной площадке. Сборка конструктивного модуля ведется в следующей последовательности.

Раскладывают на плоскости (фиг. 1) параллельно друг другу поперечные балки 2 с шагом "а". Через полости 8 перпендикулярно уложенным поперечным балкам (фиг. 11) пропускают продольные упругогибкие цилиндрические стержни 3 с шагом "h", образуя прямоугольные секции 1 с соотношением сторон h/a ≥ 1 (количество и длина поперечных балок и продольных цилиндрических стержней регламентируются конфигурацией конструктивного модуля (фиг. 4), принятого для получения соответствующей формы здания) и прикрепляют гибкую оболочку 4 ограждения (фиг. 1, 4), например, с помощью петель.

Из готовых конструктивных модулей развертка геометрической формы здания компонуется следующим образом.

Готовые конструктивные модули раскладывают на плоскости в соответствии с конфигурацией развертки в плане (фиг. 5, 7, 9) и в местах их сопряжений жестко скрепляют с помощью замковых устройств 13 продольные упруго-гибкие цилиндрические стержни. Затем прикрепляют к соответствующим элементам затяжки 14, расположение и количество которых определяются геометрической формой и размерами здания. Далее производят трансформацию развертки из плоскости в пространство, выполняемую в поперечном и продольном направлениях, например, с помощью ручных талей с последующей фиксацией затяжек.

После возведения здания в местах сопряжений конструктивных модулей, замыкающих объемную форму здания, продольные упругогибкие цилиндрические стержни жестко скрепляют между собой с помощью замковых устройств 13 (фиг. 6, 10), например, ригельных с защелкой, в гибкие оболочки ограждения 4 соединяют между собой, например, с помощью использования люверсов и снастей 15 (фиг. 8, 10).

При трансформации развертки из плоскости в пространство за счет гибких наружных слоев происходит преднапряжение и стабилизация конструкции в целом. Как монтажные, так и эксплуатационные нагрузки вызывают в элементах пространственной конструкции, полученной в результате трансформации развертки, растягивающие или сжимающие усилия. Причем растягивающие усилия воспринимаются лишь гибкими слоями, а сжимающие жесткими. Исключение знакоопеременности в жестких и гибких слоях поперечных балок и продольных цилиндрических стержней достигается за счет разделения по всему поперечному сечению жестких слоев на элементы, объединенные соответственно наружными гибкими поясами 7 или непрерывной гибкой цилиндрической оболочкой 9. Это обеспечивает при статической работе полное использование сечений слоев на один знак. При этом повышается прочность и устойчивость как отдельных элементов, так и пространственной конструкции в целом.

Возможность трансформации разверток из плоскости в пространство одновременно как в поперечном, так и продольном направлениях позволяет получать самые разнообразные объемные формы зданий и сооружений (фиг. 6, 8, 10). Кроме того, предлагаемый модуль обеспечивает рациональное использование расчетных характеристик материала конструкций, что позволяет без увеличения материалоемкости получить высокую несущую способность конструкции.

Обеспечивается высокая сборность и надежность пространственных конструкций за счет использования типового упругогибкого модуля, гарантирующего трансформацию из плоскости в пространство.

Изобретение относится к области строительства, в частности к так называемым конструктивным модулям, обладающим упругой гибкостью и высокой степенью сборности и может быть использовано в качестве основного элемента при создании несущих и ограждающих строительных конструкций зданий и сооружений, преимущественно легких, сборно-разборных, трансформируемых из плоскости в пространство. Строительный модуль позволяет получать самые разнообразные объемные формы зданий и сооружений путем всевозможной трансформации их разверток из плоскости в пространство как в поперечном, так и в продольном направлениях, а также обеспечить высокую сборность, надежность, несущую способность за счет использования типовой упругогибкой конструкции. Строительный модуль включает прямоугольные секции из поперечных балок, пересекающих их в одной плоскости под углом 90^o продольных упругогибких цилиндрических стержней различной длины, и гибкую оболочку. Конструкция поперечных балок выполняется из жестких элементов прямоугольного сечения с вогнутыми торцами, соответствующих их форме хомутов-карабинов, установленных по концам элементов, и соединяющих их наружных гибких поясов, с образованием фиксированных с шагом "h" полостей между смежными элементами. Продольные упругогибкие цилиндрические стержни состоят из наружной гибкой цилиндрической оболочки, соответствующей диаметру полостей в поперечных балках, через которые они пропускаются, и внутренних жестких элементов длиной, равной шагу "а", запрессованных в гибкую цилиндрическую оболочку, или жестких трубчатых элементов, насаженных на гибкую цилиндрическую оболочку, со смещением общей длины жестких элементов относительно равной длины оболочки, образуя на одном конце продольного упругогибкого цилиндрического стержня втулку, а на противоположном - штырь, служащие для образования замковых устройств, скрепляющих продольные упругогибкие цилиндрические стержни между собой в результате последующего введения штырей во втулки. 12 ил.

Строительный модуль, включающий поперечные балки, состоящие из шарнирно-соединенных жестких элементов прямоугольного сечения с наружными гибкими поясами, выполненными с вогнутыми торцами с образованием между смежными элементами полостей, в которые установлены продольные цилиндрические стержни, перпендикулярные балкам, с образованием прямоугольных секций, отличающийся тем, что длины поперечных балок и продольных стержней соответственно кратны шагу "h" в поперечном направлении и шагу "а" в продольном с соотношением сторон секций h/a≥1, при этом жесткие элементы прямоугольного сечения снабжены по концам соответствующими форме торцов жестко установленными хомутами-карабинами, а продольные цилиндрические стержни выполнены из жестких элементов, установленных в гибкую цилиндрическую оболочку, или жестких трубчатых элементов, насаженных на нее, со смещением общей длины жестких элементов относительно равной длины оболочки с образованием на одном конце штыря, а на другом втулки.