универсальный строительный элемент

Формула изобретения

1. Универсальный строительный элемент прямоугольной формы из армированного ячеистого бетона средней плотностью не более 600 кг/м³, отличающийся тем, что он армирован пространственной фермой, состоящей из продольных и поперечных ферм, пояса которых заканчиваются петлями, выходящими в выемки, например, криволинейного сечения, в зонах ребер строительного элемента, при этом элемент имеет вариатропную макроструктуру, при которой плотность ячеистого бетона вблизи одной, двух, трех или четырех поверхностей имеет максимальную величину, достигая 800-1200 кг/м³, а по мере приближения к центральным зонам элемента плавно, без резких границ перехода, плотность уменьшается до 200-400 кг/м³.

2. Универсальный строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что совокупность его линейных размеров и средней плотности ячеистого бетона обеспечивают массу элемента не более 100 кг.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится преимущественно к малоэтажному строительству и может быть использовано при изготовлении различных частей зданий и других строительных объектов, включая стены, перекрытия, покрытия, кровли, перегородки, перемычки, карнизы, парапеты, заборы, тротуары и пр.

Известны мелкоштучные строительные элементы для кладки стен - кирпичи и мелкие стеновые блоки [1].

Их недостатки: высокая материалоемкость (квадратный метр традиционной кирпичной стены толщиной 64 см весит более 1000 кг); соответственно высокие энергозатраты на транспортирование и подъем материала; высокая теплопроводность (64-сантиметровая стена не отвечает требованиям современных нормативных документов по теплозащите); длительные сроки возведения стены при значительном объеме ручного труда и большом расходе строительного раствора; и самое главное - из мелкоштучных материалов нельзя делать перекрытия.

Известны крупноразмерные армированные строительные изделия прямоугольной формы - стеновые панели и крупные блоки, плиты покрытий и перекрытий [1], подобное армированное изделие, выполненное из ячеистого бетона, можно принять в качестве прототипа.

Недостатки прототипа в следующем: для монтажа стеновой панели или крупного блока, плиты покрытия или перекрытия необходимо применение грузоподъемного механизма, которого не имеет, например, индивидуальный застройщик; соединяют такие конструкции с другими строительными элементами, как правило, с помощью электросварки закладных деталей, для этого требуется промышленная энергоустановка, также недоступная индивидуальному застройщику; каждое изделие имеет жесткое назначение (стеновую панель нельзя применить в качестве перекрытия и наоборот, взятые конструкции не дают широкого выбора вариантов архитектурного решения возводимого объекта, т.е. эти изделия не универсальны).

Задачей данного изобретения является создание универсального строительного элемента, который может применяться для разных целей - для стен, перекрытий, перегородок и т.п.; поскольку элемент предназначен, главным образом, для малоэтажного индивидуального строительства (чаще всего собственными силами застройщика), то к нему предъявляются специфические требования: а) допустимость монтажа дома без применения крана, соответственно вес элемента не должен превышать 100 кг; б) максимальная ширина комнаты индивидуального дома (при неограниченной ее длине) - 4 метра, следовательно, наибольшая длина элемента 4,2 м (градация размеров элемента в плане - через 30 см, максимальная ширина 90 см, толщина 10, 15 или 20 см); в соответствии с требованием универсальности каждый элемент рассчитан на восприятие изгибающей нагрузки, регламентированной нормативными документами для междуэтажных перекрытий, расчетная нагрузка на сжатие достаточна для возведения трехэтажного коттеджа; соединение элементов без сварки (через выпуски арматуры с последующей зачеканкой узких швов цементным раствором; из элементов можно построить садовый домик за 1-2 недели; возможно достижение любой степени теплозащиты, вплоть до известной категории "дом-термос"; элементы можно изготовлять собственными силами под открытым небом, при этом не требуется ни обжига, ни автоклавирования, ни пропарки; стена из данных элементов - самая дешевая; для выделения элемента из других, предложено название БЛОКЕР.

Сущность изобретения в неизвестном ранее сочетании широко известных признаков, причем исключение любого из существенных признаков делает невозможным достижение запланированного технического результата; признаки следующие: а) элемент прямоугольного сечения, имеющий форму доски, выполнен из наиболее легкого материала, например, из ячеистого бетона плотностью 200-600 кг/м³; б) по меньшей мере в зонах двух продольных ребер элемента имеются выемки любого, например, криволинейного сечения с размерами по вертикали и по горизонтали, не превышающими половину толщины элемента (в общем случае выемки имеются в зоне четырех ребер с одной или с двух сторон элемента); в) в выемках, по всей их длине, расположены выпуски арматуры в виде петель и расстояние между ними не более утроенной ширины элемента; г) элемент армирован пространственной фермой, составленной из продольных и поперечных плоских ферм, пояса которых заканчиваются петлями, выходящими в выемки элемента; д) при плотности ячеистого бетона менее 500 кг/м³ элемент имеет вариатропную макроструктуру, при которой плотность бетона вблизи одной, двух, трех или четырех поверхностей имеет максимальную величину, достигая 800-1200 кг/м³, а по мере приближения к центральным зонам элемента плавно, по заданному закону, уменьшается до 200-400 кг/м³.

Технический результат: по степени универсальности предложенный строительный элемент можно сравнить только с деревянной доской, которая используется и для стен, и для перекрытий и пр. Строго говоря, универсальных элементов из ячеистого бетона ранее не существовало. Минимальный вес одного квадратного метра элемента составляет 30-50 кг, тогда как кирпичная стена в пол-кирпича, весящая около 200 кг, в 4-6 раз тяжелее и в 3,5 раза холоднее. Следовательно, применение блокеров способствует сокращению расхода материалов, а значит уменьшению трудоемкости и энергоемкости процессов переработки сырья, изготовления и доставки готовой продукции, монтажа здания. Этим и определяется технический результат: универсальность изделия, сокращение материальных, трудовых и энергетических затрат как при изготовлении элемента, так и при возведении здания. В условиях широкого развития индивидуального строительства немаловажное значение имеет и возможность монтажа дома без применения крана.

Связь достигаемого технического результата с признаками изобретения подтверждается следующим. Важными особенностями блокера являются его малая толщина и низкая плотность бетона (такого сочетания параметров ранее не имело ни одно междуэтажное перекрытие из ячеистого бетона); этим сочетанием однозначно определяется одно из основных преимуществ блокера - возможность монтажа дома без крана. Однако, чем ниже плотность ячеистого бетона, тем меньше его прочность (в кубической зависимости) и поверхностная твердость (бетон можно разрушить отверткой), больше усадка и ползучесть, больше проницаемость для флюидов, хуже сцепление с арматурой, хуже анкеровка арматурных стержней; по этим причинам плотность ячеистого бетона в плитах перекрытий, ранее интенсивно снижавшаяся, давно стабилизировалась на уровне 600-700 кг/м³. Поэтому в предложенную совокупность признаков включено армирование блокера пространственной фермой, которая сама способна нести расчетную нагрузку, вне зависимости от прочности и ползучести ячеистого бетона. В качестве компенсации повышенной проницаемости и малой поверхностной твердости особо легких бетонов в совокупность признаков введена вариатропная макроструктура блокера (отнесение этого признака в факультативный пункт формулы изобретения связано с тем, что при плотности ячеистого бетона 500-600 кг/м³ вариатропия не обязательна). Малая толщина и ширина блокера (соответственно 10 и 30 см) обусловливают его повышенную гибкость и, чтобы компенсировать эту особенность путем вовлечения в работу соседних блокеров, в совокупность признаков введены выемки в зонах ребер элемента, расположенные в них петлевидные выпуски арматуры и регламентировано расстояние между петлями. Поскольку петли должны воспринимать существенную нагрузку, их целесообразно выполнять в виде продолжения несущей пространственной фермы, а для этого последнюю целесообразно сделать составной из поперечных и продольных плоских ферм. Наконец, в число признаков введена регламентация на соотношение размеров элемента и плотности ячеистого бетона - без этого не реализуется основное преимущество блокера - возможность монтажа без крана.

Следовательно, технический результат обусловлен предложенной совокупностью признаков и исключение любого из них делает недостижимым получение результата.

Изобретение поясняется графическим материалом. На фиг. 1, 2, 3 показан элемент (блокер) в трех проекциях, наиболее ходовая длина блокера 2,4-3,0 м. На фиг. 4, 6 показаны разрезы блокера, позицией 3 обозначены выпуски арматуры в виде петель, образованных из поясов продольных и поперечных плоских ферм.

На фиг.7, 8 приведен план и разрез блокера, у которого полукруглые выемки и петлевидные выпуски арматуры образованы на противоположных поверхностях элемента. На фиг. 9 представлен разрез блокера с вариатропной макроструктурой, вблизи верхней и нижней плоскости штриховкой показано повышение плотности ячеистого бетона. На фиг. 10, 11 представлено соединение между собой двух блокеров при помощи скоб из арматурного стержня (позиция 4) с последующим замоноличиванием зоны стыка строительным раствором. На фиг.12 показан разрез стыкуемых вариатропных блокеров, в середине блокер с противоположными выемками и петлями, а также с повышенной плотностью бетона в зоне не двух, а трех поверхностей. На фиг. 13, 14 изображены блокеры, у которых петли выходят за пределы торцовых и боковых граней элемента, что позволяет соединять блокеры при помощи одного арматурного стержня (позиция 5); процесс соединения показан на фиг. 15 (замоноличивание стыка условно не показано). Обозначения на чертежах: 1 - универсальный строительный элемент (блокер); 2 - выемка в зоне ребра элемента; 3 - петлевидный выпуск арматуры; 4 - скоба для соединения блокеров; 5 - арматурный стержень для соединения блокеров.

Пример. Блокер с размерами 2,7 х 0,3 х 0,1 м; плотность бетона 500 кг/м³, масса сухого блокера 49 кг, расчетная изгибающая нагрузка 450 кг с/м², армирующая пространственная ферма выполнена из проволоки класса Вр-1 диаметром 3 и 4 мм, общий расход арматуры 3,7 кг, удельный расход 4,5 кг/м².

Источники информации

[1] - Жилые и общественные здания. Краткий справочник инженера-конструктора. Под редакцией проф. Ю.А. Дыховичного. 3-е издание, переработанное и дополненное. Москва. Стройиздат, 1991.