RU2069720C1

RU2069720C1 - Building module

Info

Publication number: RU2069720C1
Application number: RU94012000A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Темнов
Original assignee: Владимир Григорьевич Темнов
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 1996-11-27

Abstract

FIELD: construction, particular, so-called structural modules featuring flexibility and high degree of use of prefabricated members; applicable in the capacity of principal member in building bearing and guarding building structures of building and structures, mainly, light, dismountable-assembled, transformed from plate to space. SUBSTANCE: building module allows construction of the most diverse bulky forms of buildings and structures by all possible transformation and developments from the plane into space, both, in transverse and longitudinal direction and to provide for high degree of use of prefabricated members, reliability, bearing capacity due to employment of typical flexible structures. The building module includes rectangular sections from transverse girders which are crossing them in one plane at angle of 90 deg of longitudinal flexible cylindrical rods of various length and flexible shell. Transverse girders are made of rigid members of rectangular cross-sections with concave ends, clamps-snap hooks installed at member ends and external flexible belts connecting these members with formation between adjacent members of spaces with fixed interval h. Longitudinal flexible cylindrical rods consist of external flexible cylindrical shell. Corresponding to the diameter of hollows in transverse girders through which they are passed and the rigging members with length equalling interval a, pressed in flexible cylindrical shells or rigid tubular members fitted on flexible cylindrical shell with displacement of the total length of rigid members relative to the length equalling the length of shell to form bushing on one end of longitudinal flexible cylindrical rod, and on the opposite end, pin which serves for formation of locking devices which fasten longitudinal flexible cylindrical rods to one another due to subsequent introduction of pins into bushings. EFFECT: higher efficiency. 12 dwg

Description

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. The invention relates to the construction and, in particular, to the so-called structural modules with elastic flexibility and a high degree of prefabrication, and can be used as the main element in the creation of load-bearing and enclosing building structures, buildings and structures, mainly light, collapsible, transformable from plane to space.

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. Known building module, the design of which [1] is a wedge-shaped sector, consisting of flat trapezoidal panels. This makes it possible to obtain collapsible spatial structures from such wedge-shaped sectors such as domes, shells having three-dimensional forms of positive Gaussian curvature. However, in this case, obtaining volumetric shapes with a convexity in two mutually perpendicular directions from trapezoidal flat panels is possible only by manufacturing the latter with different mating angles in the transverse and longitudinal directions for a specific spatial structure and with its subsequent assembly on the installation site.

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. A disadvantage of the known module design is the need to implement each panel and the wedge-shaped sector itself, consisting of a set of these panels, with different end bevels, which not only increases the complexity of manufacturing, but complicates the assembly during installation and reduces the reliability of the structure due to the large number of sizes and mounting fixtures. In addition, in this case, the variability in obtaining volumetric forms from one type of building module is not provided at all.

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. The closest in technical essence is a prefabricated coating, which is a building module [2] consisting of rectangular sections of the same type, formed by elastic-flexible transverse beams, transformed into arches, consisting of articulated rigid elements with concave ends connected through external flexible bearing belts, forming between adjacent cavity elements through which longitudinal ribs are passed perpendicularly to the beams in the form of rigid rods with round or oval cross sections.

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.). This solution of the building module provides the coverings arranged from it from plane to space, which allows to obtain a set of volumetric forms of both positive and negative Gaussian curvature (cylindrical shells, conoid arches, hyperbolic shells, etc.).

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. A disadvantage of the known building module is the limited transformation of the module structure from plane to space, which is possible only in the plane of arch formation, which not only limits the variability in obtaining volumetric forms from one type of building module, but also requires other types of building modules to complete volumetric forms buildings and structures.

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. All this increases the material and labor costs associated with the manufacture of various types of structural modules and the subsequent installation of them bearing and enclosing structures of buildings and structures.

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. In addition, it is difficult to provide rigid nodal conjugation of the longitudinal ribs with the elements of the transverse beams due to the deformability of the edges of its concave ends of adjacent elements. Therefore, during the transformation during the formation from the transverse beams of arches in the cavities between adjacent elements, a shift in height of the longitudinal cylindrical rods passed through them is possible, followed by their biting with the sharp edges of the ends of the adjacent elements and breaking from the action of mounting and operational loads. All this not only complicates the assembly, but reduces the reliability of the structure during its operation.

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. The problem to which the invention is directed is to expand the scope through the formation of various three-dimensional forms of buildings, increase reliability, reduce material consumption and the complexity of mounting structures obtained on the basis of a building module that can be transformed from plane to space.

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. The essence of the invention lies in the fact that the building module includes transverse beams consisting of articulated-connected rigid elements of rectangular cross section with external flexible belts. Rigid elements made with concave ends are provided at the ends with rigidly mounted clamps-carabiners, repeating the shape of the ends, and form cavities between adjacent elements in which longitudinal cylindrical rods are installed, perpendicular to the transverse beams, with the formation of rectangular sections. Cylindrical rods consist of rigid elements mounted in a flexible cylindrical shell, or rigid tubular elements mounted on it, with a displacement of the total length of the rigid elements, relatively equal to the length of the shell, with the formation on one end of the pin and the other sleeve.

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. The length of the transverse beams and longitudinal rods is variable, a multiple of the step "h" in the transverse direction and the step "a" in the longitudinal, with the formation of rectangular sections with an aspect ratio of 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. By varying the lengths, the number of longitudinal and transverse elements, it is possible to modify the building module and thereby obtain, on the basis of one module, various building reamers that transform from plane to space into volumes of various shapes.

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. In FIG. 1 shows the construction of a building module; in FIG. 2 - design of the transverse beam in a perspective view; in FIG. 3 design of a longitudinal elastically flexible cylindrical rod in a perspective view; in FIG. 4 - configurations of a building module on a plane, (quadrangular shape, triangular shape, pentagonal shape); in FIG. 5 scan of the three-dimensional shape of the building, recruited from quadrangular building modules; in FIG. 6 - volumetric shape of the building, obtained as a result of the transformation scan, recruited from quadrangular building modules; in FIG. 7 scan volumetric shape of the building, recruited from triangular building modules; in FIG. 8 volumetric shape of the building, obtained as a result of the transformation of the sweep recruited from triangular building modules; in FIG. 9 scan of the three-dimensional shape of the building, recruited from pentagonal building modules; in FIG. 10 - volumetric shape of the building, obtained as a result of the transformation scan, recruited from pentagonal building modules; in FIG. 11 articulated conjugation of the transverse beam with longitudinal cylindrical rods; in FIG. 12 design of a clamp of a carbine.

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). The building module includes rectangular sections 1 of transverse beams of rectangular cross section 2 and longitudinal elastic flexible cylindrical rods 3 of various lengths intersecting in the same plane at an angle of 90 and flexible shell 4 (Fig. 1), (Fig. 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. The design of the transverse beams 2 (Fig. 2) is made of rigid elements 5 of rectangular cross section with concave ends corresponding to their shape of clamps-carabiners 6 installed at the ends of the elements and connecting them through clamps-carabiners (Fig. 12) of the outer flexible belts 7 made , for example, from fabriceresin materials with the formation of cavities 8 fixed between the adjacent elements 5 with a step “h”.

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. The longitudinal elastic flexible cylindrical rods 3 consist (Fig. 3) of an outer flexible cylindrical shell 9, for example, rubber-fabric, strictly corresponding to the diameter of the cavities 8 in the transverse beams 2 (Fig. 2) through which they are passed, and internal rigid elements 10, for example, wooden, round or oval cross-sectional length, equal to the pitch "a", pressed into a flexible cylindrical shell 9, or rigid, for example, metal, tubular elements 10, mounted on a flexible cylindrical shell 9, with an offset common ina hard elements of relatively equal length of the shell, forming a sleeve 11 on one end of the longitudinal elastic flexible cylindrical rod, and on the opposite pin 12, used to form locking devices 13 (Fig. 5-10), fastening longitudinal elastic flexible cylindrical rods to each other as a result of subsequent introduction pins into the bushings.

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. Installation begins with the assembly of scans of three-dimensional forms of buildings from the accepted structural modules, which are assembled either in the factory or at the construction site. The assembly of the structural module is carried out in the following sequence.

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. Lay out on the plane (Fig. 1) parallel to each other transverse beams 2 with a step "a". Longitudinal elastically flexible cylindrical rods 3 are passed through cavities 8 perpendicular to the laid transverse beams (Fig. 11) with a pitch of “h”, forming rectangular sections 1 with an aspect ratio of h / a ≥ 1 (the number and length of transverse beams and longitudinal cylindrical rods are governed by the configuration of the structural module (Fig. 4), adopted to obtain the appropriate shape of the building) and attach the flexible sheath 4 of the fence (Fig. 1, 4), for example, using loops.

Из готовых конструктивных модулей развертка геометрической формы здания компонуется следующим образом. Of the finished structural modules, a scan of the geometric shape of the building is composed as follows.

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. Ready-made structural modules are laid out on a plane in accordance with the configuration of the reamer in the plan (Figs. 5, 7, 9) and in the places of their conjugations, longitudinal elastic-flexible cylindrical rods are rigidly fastened with locking devices 13. Then they are attached to the corresponding tightening elements 14, the location and quantity of which are determined by the geometric shape and dimensions of the building. Further, the sweep is transformed from a plane to a space, performed in the transverse and longitudinal directions, for example, using manual hoists with the subsequent fixing of puffs.

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). After the building is erected at the junctions of the structural modules that close the three-dimensional shape of the building, the longitudinal elastic flexible cylindrical rods are rigidly fastened together using locking devices 13 (Fig. 6, 10), for example, crossbar with a latch, connected to the flexible enclosure 4, for example, through the use of eyelets and gear 15 (Fig. 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. When the scan is transformed from a plane into space due to the flexible outer layers, prestressing and stabilization of the structure as a whole occur. Both mounting and operational loads cause tensile or compressive forces in the structural elements obtained as a result of the development of the reamer. Moreover, tensile forces are perceived only by flexible layers, and compressive by rigid ones. The exclusion of sign-alternation in the rigid and flexible layers of the transverse beams and longitudinal cylindrical rods is achieved by dividing the hard layers along the entire cross section of the rigid layers into elements, respectively joined by the outer flexible belts 7 or a continuous flexible cylindrical shell 9. This ensures full use of the sections of the layers for one during static operation sign. This increases the strength and stability of both individual elements and the spatial structure as a whole.

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. The ability to transform sweeps from a plane into space simultaneously in both transverse and longitudinal directions allows you to get the most diverse volumetric forms of buildings and structures (Fig. 6, 8, 10). In addition, the proposed module provides a rational use of the design characteristics of the material of structures, which allows without increasing material consumption to obtain high load-bearing capacity of the structure.

Обеспечивается высокая сборность и надежность пространственных конструкций за счет использования типового упругогибкого модуля, гарантирующего трансформацию из плоскости в пространство. High assembly and reliability of spatial structures is ensured through the use of a typical elastic-flexible module that guarantees transformation from plane to space.

Claims

A building module, including transverse beams, consisting of articulated rigid elements of rectangular cross section with external flexible belts made with concave ends to form cavities between adjacent cylindrical elements in which longitudinal cylindrical rods are installed perpendicular to the beams, with the formation of rectangular sections, characterized in that that the lengths of the transverse beams and longitudinal rods are respectively multiples of the step "h" in the transverse direction and the step "a" in the longitudinal with the aspect ratio of the sections h / a≥1, p In this case, the rigid elements of rectangular cross section are provided at the ends with the corresponding shape of the ends with rigidly mounted clamps, carabiners, and the longitudinal cylindrical rods are made of rigid elements installed in a flexible cylindrical shell, or rigid tubular elements mounted on it, with a displacement of the total length of the rigid elements relatively equal the length of the sheath with the formation on one end of the pin, and on the other sleeve.