МОДУЛЬНЫЙ БАРНХАУС Российский патент 2024 года по МПК E04H1/02 

Изобретение относится к области строительства, а именно к сборному модульному дому, и может быть использовано при строительстве зданий для временного или постоянного круглогодичного проживания путем установки на фундаменты любого типа, в т.ч. на плавучие понтоны.

Известна рамно-каркасная конструкция строительного модуля, включающая рамный каркас, несущие рамы, изготовленные из деревянных двутавровых балок, скрепленных фанерными фигурными соединительными коннекторами, которые смонтированы на болтовых соединениях и приклеены к плоскости двутавровой деревянной балки, при этом несущие рамы выполнены с возможностью соединения между собой продольными и поперечными связями из деревянных двутавровых балок, закрепленными опорными элементами (патент на полезную модель RU 2175966, МПК E04B 1/02, E04B 1/10, E04B 1/38, 27.02.2023 г., Бюл. № 10, 07.04.2023 г., https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=217596&TypeFile=html). Недостатками известной конструкции являются:

- использование фанерных фигурных соединительных коннекторов с клеями, не обеспечивающее максимальную жесткость конструкции;

- возможность изготовления конструкции только из дерева и фанеры, требующая применения высокоточного специального оборудования в виде станков с числовым программным управлением;

- низкая высота конструкции и, соответственно, маленькое внутреннее пространство при условии ее доставки в виде габаритного груза;

плоская крыша, не обеспечивающая полноценный отвод осадков, что может привести к ее проседанию и обрушению;

- небольшая длина модулей, ограниченная из-за того, что основная нагрузка плоской крыши ложится на две горизонтальные двутавровые балки по краям модуля;

- необходимость монтажа дополнительных вертикальных опорных элементов под несущие двутавровые балки, которые разграничат внутреннее пространство при стыковке модулей друг с другом, в снеговых районах и при увеличении длины модулей для придания жёсткости конструкции;

- использование в качестве утеплителя только пенополиуретана.

Известен cборный модульный дом, который состоит из: четырех опорных рам, образующих С-образную форму и имеющих соединительные элементы фундамента, выполненные в нижней горизонтальной части; верхней и нижней основных соединительных рам для формирования передней рамы и задней рамы, образующих замкнутый контур за счет того, что каждая верхняя концевая часть и каждая нижняя концевая часть рамы с двумя стойками обращены друг к другу в левом и правом направлениях четырьмя опорными рамами, расположенными для образования заданного пространственного расстояния спереди и сзади, слева и справа; множества поперечных соединительных рамок, каждая из которых имеет один конец, соединенный с передней рамой, а другой конец, соединенный через вторую соединительную конструкцию, - с задней рамой, а также множества вертикальных соединительных рамок, каждая из которых имеет один конец, соединенный с верхней основной соединительной рамой из числа верхних и нижних основных соединительных рам, а другой конец соединен с нижней основной соединительной рамой через третью соединительную конструкцию (патент KR102484612, МПК E04B 1/343, E04B 1/19, 18.03.2021 г., 03.01.2023 г., https://patentscope.wipo.int/search/ru/detail.jsf?docId=KR376072916&_cid=P11-LTY6YX-50874-1). Недостатками известного модульного дома являются:

- неравномерное распределение снеговой нагрузки на крышу, т.к. упор приходится на крайние рамы;

- плоская крыша, не обеспечивающая полноценный отвод осадков, что может привести к ее проседанию и обрушению.

- небольшая длина модулей, ограниченная из-за того, что основная нагрузка плоской крыши ложится на две горизонтальные балки по краям модуля;

- необходимость монтажа дополнительных вертикальных опорных элементов под несущие балки, которые разграничат внутреннее пространство при стыковке модулей друг с другом, в снеговых районах и при увеличении длины модулей для придания жёсткости конструкции;

- большие теплопотери ввиду использования металлических профилей, т.к. только при использовании указанных материалов известная конструкция будет обладать достаточной прочностью.

Известны различные варианты модульных блоков (https://www.magazindomov.ru/2011/09/20/rastushhij-dom-mera/, https://www.youtube.com/watch?v=ph-ojDDJGZ0&t=70s) для строительства преимущественно жилых помещений, позволяющие увеличивать площадь проживания за счет «наращивания» модулей путем их последовательного соединения друг с другом. Модуль, представляющий собой замкнутый профиль, включает самонесущий каркас, состоящий из однотипного элемента в виде двух вертикальных стоек, соединенных снизу поперечной перекладиной, а сверху образующими крышу стропилами, указанные однотипные элементы с определенным одинаковым шагом крепятся к горизонтальным балкам снизу, на уровне окончания стропил и в центре, между нижней и средней горизонтальными балками по диагонали от краевых однотипных элементов к центральным монтируются образующие жесткость элементы, при этом образующие жесткость элементы устанавливаются по одному с каждой стороны, таким образом, чтобы между ними образовался угол 90 градусов, или же один на протяжении всех однотипных элементов.

Одним из главных требований, предъявляемым к строительным модулям, является ограничение их габаритных размеров для возможности транспортировки по дорогам общего пользования непосредственно к месту установки, что приводит к вынужденному уменьшению высоты. В частности, у серийных модульных домов «ДубльДом» низкая высота потолков, которая снизу ската составляет всего 1850 мм, что делает дом не приспособленным для проживания в нем людей с ростом выше среднего. Кроме того, из-за необходимости монтажа дополнительных несущих перегородок и вертикальных стоек для придания конструкции жесткости объем ее внутреннего пространства также будет сильно уменьшен, а внутренняя планировка будет иметь ограниченное расположение.

Техническая задача заявляемого изобретения заключается в устранении указанных недостатков. Техническим результатом при этом является увеличение высоты и объема внутреннего пространства конструкции с одновременным повышением устойчивости и жесткости конструкции.

Указанная техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что модульный барнхаус содержит расположенные по ширине модули и установленную на них двускатную крышу, каждый модуль состоит из силового каркаса: несущих рам, вертикальных стоек, лаг, балок пола и нижней обвязки стен, несущие рамы, которые установлены в половой панели и зафиксированы балками пола, лагами и нижней обвязкой стен, состоят из двух составных вертикальных элементов, каждый составной вертикальный элемент соединен с верхней горизонтальной связью через составные наклонные элементы, расположенные под тем же углом наклона, что и стропила крыши, между несущими рамами через равные промежутки установлены вертикальные стойки, сверху зафиксированные с помощью ригелей с внутренней стороны модуля, причем между соседними вертикальными стойками сверху расположены ребра жесткости, ориентированные перпендикулярно ригелям, внахлест к вертикальным стойкам крепятся составные наклонные элементы, расположенные под тем же углом наклона, что и стропила крыши, между соседними составными наклонными элементами закреплены ребра жесткости, ориентированные перпендикулярно ригелям, установленным с внутренней стороны, двускатная крыша при этом состоит из стропил, с каждой внутренней стороны скрепленных ригелем, перпендикулярно которому между соседними стропилами устанавливают ребра жесткости.

Несущие рамы, зафиксированные нижней обвязкой стен, вместе с балками пола и лагами, образуют жесткий замкнутый контур модуля. При этом нагрузка модуля равномерно распределяется между несущими рамами и вертикальными стойками. Несущие рамы и вертикальные стойки соединяются между собой на разных высотах сверху и снизу ригелями и ориентированными перпендикулярно им ребрами жесткости, которые также дополнительно между собой скрепляются, что повышает прочность конструкции. Равная ширине модуля двускатная сборная крыша, стропила которой имеют одинаковый угол наклона с составными наклонными элементами вертикальных стоек и несущих рам, увеличивает конечную высоту модульного барнхауса и обеспечивает естественный скат воды и снега. Для придания конструкции жесткости ребра жесткости, ориентированные перпендикулярно ригелям, расположены между соседними вертикальными стойками, составными наклонными элементами и стропилами.

Составные вертикальные элементы, составные наклонные элементы и вертикальные стойки выполнены из парных и параллельно наложенных с перехлестом деталей трапециевидной формы разных размеров.

При использовании модульного барнхауса на понтонах либо в регионах с высокими ветровыми нагрузками в стены силового каркаса устанавливаются дополнительные ригеля, которые скрепляются с ориентированными перпендикулярными дополнительными ребрами жесткости, расположенными между соседними вертикальными стойками.

Дополнительно для повышения жесткости под верхними горизонтальными связями устанавливается перпендикулярная перегородка в любом удобном месте.

Для получения максимальной жесткости конструкции в модулях без перпендикулярных перегородок перпендикулярно горизонтальным связям к несущим рамам фиксируются прогоны, которые дополнительно с ригелями и составными наклонными элементами воспринимают нагрузку крыши. Края прогонов при этом опираются на фронтонные стены модульного барнхауса или продольную перегородку, что снимет нагрузку на горизонтальные связи, распределив ее на фронтоны или перегородки, тем самым позволяя осуществлять различные внутренние планировки.

Элементы каркаса соединяют друг с другом посредством болтов, шпилек, гайек, саморезов, винтов, конструкционных саморезов или иных соединительных элементов. При этом элементы каркаса могут быть выполнены из дерева и/или пластика и/или стеклопластика и/или металла и/или других плотных материалов.

Возможные варианты реализации заявляемого технического решения представлены на фиг. 1-4 с использованием следующих обозначений:

1 - первый вертикальный элемент;

2 - второй вертикальный элемент;

3 - связь;

4 - балка пола;

5 - первый наклонный элемент;

6 - второй наклонный элемент;

7 - нижняя обвязка стен;

8 - вертикальная стойка;

9 - стропила;

10 - ригель;

11 - ребро жесткости;

12 - дополнительный ригель;

13 - дополнительное ребро жесткости;

14 - лага;

15 - перпендикулярная перегородка;

16 - прогон;

17 - фронтон.

Модульный барнхаус содержит расположенные по ширине модули и установленную на них двускатную крышу. Каждый модуль представляет собой силовой каркас, где расположены несущие рамы, которые вместе с балками пола 4, лагами 14 и нижней обвязкой стен 7 образуют замкнутый контур, а между несущими рамами через равные промежутки установлены вертикальные стойки 8.

Каждая несущая рама, установленная в половой панели и зафиксированная балками пола 4, лагами 14 и нижней обвязкой стен 7, состоит из двух составных вертикальных элементов, каждый из которых включает первый 1 и второй 2 вертикальные элементы, верхней горизонтальной связи 3 и составных наклонных элементов, каждый из которых выполнен из первого 5 и второго 6 наклонных элементов. При этом первый 1 и второй 2 вертикальные элементы, а также первый 5 и второй 6 наклонные элементы представляют собой детали трапециевидной формы разных размеров, параллельно наложенные с перехлестом. Верхняя горизонтальная связь 3 скрепляется с составными наклонными элементами, которые расположены под тем же углом наклона, что и стропила 9 двускатной крыши. Составные наклонные элементы крепятся к составным вертикальным элементам.

Вертикальные стойки 8, расположенными через равные промежутки между несущими рамами, сверху фиксируют с внутренней стороны с помощью ригелей 10, перпендикулярно которым ориентированы ребра жесткости 11, расположенные между соседними вертикальными стойками 8. Внахлест к вертикальным стойкам 8 крепятся составные наклонные элементы, каждый из которых выполнен из первого 5 и второго 6 наклонных элементов, при этом составные наклонные элементы расположены под тем же углом наклона, что и стропила 9 двускатной крыши. Причем между соседними составными наклонными элементами закреплены ребра жесткости 11, ориентированные перпендикулярно ригелям 10, установленным с внутренней стороны.

Двускатная крыша состоит из стропил 9, с каждой внутренней стороны скрепленных ригелем 10, который распределяет нагрузку крыши на верхние горизонтальные связи 3, между стропил 9 устанавливают ребра жесткости 11, которые скрепляются с ригелем 10.

В собранном виде несколько модулей устанавливаются один возле другого и объединяются в единую конструкцию путем соединения между собой примыкающих друг к другу торцевых несущих рам. Дополнительно для повышения жесткости под верхние горизонтальные связи 3 устанавливается перпендикулярная перегородка 15 в любом удобном месте. В модулях, где не нужны перпендикулярные перегородки 15, устанавливают прогоны 16, которые опираются на фронтоны 17 или параллельно ориентированные им продольные перегородки, расположенные в других модулях, компенсируя нагрузку на верхние горизонтальные связи 3.

Получаемые таким образом модульные барнхаусы могут быть использованы в различных целях: от офисных помещений до домов для круглогодичного проживания, поскольку позволяют создать любую внутреннюю планировку.

При установке модульного барнхауса на понтонах либо в регионах с высокими ветровыми нагрузками в средней части вертикальные стойки фиксируются с внутренней стороны посредством дополнительных ригелей 12, а также дополнительными ребрами жесткости 13, расположенными между соседними вертикальными стойками 8.

Элементы силового каркаса соединяются друг с другом посредством болтов, шпилек, гайек, саморезов, винтов, конструкционных саморезов или иных соединительных элементов.

В зависимости от доступности тех или иных материалов элементы силового каркаса выполняют из дерева, пластика, стеклопластика, профилей, металла или из других плотных материалов. Элементы выпиливают по раскройным картам согласно проекту при помощи ручных торцовых пил.

После сборки силового каркаса его заполняют различными утеплителями, в т.ч. с возможностью перехлестного утепления, с внутренней и внешней сторон. Для отделки модуля внутри и снаружи могут быть использованы любые доступные материалы. Модуль полностью изготавливается в цеху и доставляется на место установки с внутренней и внешней отделкой, а также с встроенными инженерными сетями.

Каждый модуль обладает большим объемом внутреннего пространства, позволяющим использовать любые внутренние планировки как внутри одного модуля, так и в модульном барнхаусе в целом, площадь которого можно изменять путем добавления или удаления модулей без их непосредственного повреждения.

Для возможности транспортировки по дорогам общего пользования непосредственно к месту установки максимальные габариты одного модуля составляют ширина - до 2,55 м; высота - до 3,10 м; длина - до 8,25 м, такие же максимальные габариты будет иметь и двускатная крыша. В этом случае минимальная высота потолков на начале ската в модулях длиной 8 метров составит - 2,15 м, а в модулях длиной 6 метров - 2,3 м.

В таблице 1 приведено сравнение застройки с использованием заявляемого изобретения для модулей двух габаритных размеров и известного прототипа (https://www.youtube.com/watch?v=ph-ojDDJGZ0&t=70s). Представленные в таблицы результаты подтверждают увеличение высоты и объема внутреннего пространства конструкции.

Таблица 1

Показатель Заявляемое изобретение Прототип (ДубльДом) Ширина 6 м Ширина 8 м Площадь застройки, м² 93,8 103,1 102,8 Внешние габаритные размеры (ВхШхД), м 3,87х6,25х15 4,168х8,25х12,5 3,61х8,00х12,85 Высота потолков, м:
- общая;
- комнаты 2,3-3,33
2,3-3,33 2,15-3,62
2,15-3,62 1,85-3,07
1,85-2,54 Вес, т 13 17 13 Полезная площадь, м² 83 90 65

Изобретение относится к области строительства, а именно к модульному барнхаусу – зданию для временного или постоянного проживания. Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости и жесткости конструкции. Модульный барнхаус содержит расположенные по ширине модули и установленную на них двускатную крышу. Каждый модуль состоит из силового каркаса: несущих рам, вертикальных стоек, лаг, балок пола и нижней обвязки стен. Несущие рамы установлены в половой панели и зафиксированы балками пола, лагами и нижней обвязкой стен, состоят из двух составных вертикальных элементов, каждый из которых соединен с верхней горизонтальной связью через составные наклонные элементы. Между несущими рамами установлены вертикальные стойки, сверху зафиксированные с помощью ригелей с внутренней стороны модуля, а сверху них расположены ребра жесткости, ориентированные перпендикулярно ригелям. Внахлест к вертикальным стойкам крепятся составные наклонные элементы. Все наклонные элементы расположены под тем же углом наклона, что и стропила крыши. Между соседними наклонными элементами закреплены ребра жесткости, ориентированные перпендикулярно ригелям, установленным с внутренней стороны. Двускатная крыша состоит из стропил, с каждой внутренней стороны скрепленных ригелем, перпендикулярно которому между соседними стропилами устанавливают ребра жесткости. 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Модульный барнхаус, содержащий расположенные по ширине модули и установленную на них двускатную крышу, каждый модуль состоит из силового каркаса: вертикальных стоек, лаг, балок пола и нижней обвязки стен, отличающийся тем, что содержит несущие рамы, которые установлены в половой панели и зафиксированы балками пола, лагами и нижней обвязкой стен, состоящие из двух составных вертикальных элементов, каждый составной вертикальный элемент соединен с верхней горизонтальной связью через составные наклонные элементы, расположенные под тем же углом наклона, что и стропила крыши, между несущими рамами через равные промежутки установлены вертикальные стойки, сверху зафиксированные с помощью ригелей с внутренней стороны модуля, причем между соседними вертикальными стойками сверху расположены ребра жесткости, ориентированные перпендикулярно ригелям, внахлест к вертикальным стойкам прикреплены составные наклонные элементы, расположенные под тем же углом наклона, что и стропила крыши, между соседними составными наклонными элементами закреплены ребра жесткости, ориентированные перпендикулярно ригелям, установленным с внутренней стороны, двускатная крыша при этом состоит из стропил, с каждой внутренней стороны скрепленных ригелем, перпендикулярно которому между соседними стропилами устанавливают ребра жесткости.

2. Барнхаус по п. 1, отличающийся тем, что составные вертикальные элементы и составные наклонные элементы выполнены из парных и параллельно наложенных с перехлестом деталей трапециевидной формы разных размеров.

3. Барнхаус по п. 1, отличающийся тем, что вертикальные стойки выполнены составными из парных и параллельно наложенных с перехлестом деталей трапециевидной формы разных размеров.

4. Барнхаус по п. 1, отличающийся тем, что силовой каркас скреплен посредством дополнительных ригелей с ориентированными перпендикулярными дополнительными ребрами жесткости, расположенными между соседними вертикальными стойками.

5. Барнхаус по п. 1, отличающийся тем, что под горизонтальными связями установлена перпендикулярная перегородка.

6. Барнхаус по п. 1, отличающийся тем, что в соединенных модулях к несущим рамам закреплены перпендикулярно расположенные прогоны.

7. Барнхаус по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что элементы каркаса соединены друг с другом посредством болтов, шпилек, гаек, саморезов, винтов, конструкционных саморезов или иных соединительных элементов.

8. Барнхаус по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что элементы каркаса выполнены из дерева, и/или пластика, и/или стеклопластика, и/или металла, и/или других плотных материалов.