ПЕРЕКРЫТИЕ Российский патент 1994 года по МПК E04B5/18 E04B1/82 

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкции перекрытия, и может быть использовано в жилищном и гражданском строительстве.

Конструкция перекрытия жилого или общественного здания должна удовлетворять совокупности трех основных требований - малой материалоемкости, технологичности как изготовления панелей на заводах сборных железобетонных конструкций, так и монтажа перекрытия, а также хорошей его звукоизоляции.

В настоящее время из специальной строительной литературы известны различные конструкции перекрытий, некоторые из которых находят практическое применение при строительстве жилых и общественных зданий. Общеизвестна конструкция междуэтажного перекрытия в виде многопустотных настилов с круглыми пустотами [1] . Несмотря на внешнюю простоту этой конструкции, она имеет и ряд существенных недостатков. Первый из них заключается в относительно большом расходе материалов - бетона и стали: приведенная толщина перекрытия при нагрузке 6-7 кН/м² составляет 12,0 см при расходе стали 8,5 кГ/м². Второй из них заключается в сложности технологии их изготовления, связанной с необходимостью извлечения из забетонированного изделия пустотообразователей (пуансонов).

Серьезным недостатком многопустотных настилов является и их неудовлетворительная звукоизоляция. Известно, что для нормативной изоляции воздушного звука [2] требуется, чтобы масса 1 м² панели была не ниже 400 кГ/м². Для соблюдения этого условия при проектировании перекрытия, выполненного из многопустотных настилов, предусматривается засыпка по ним, например, шлаком с последующей укладкой на нее стяжки и затем чистого пола. При этом вынужденно не учитывается неравномерность распределения массы по площади настила: в панелях с пустотами минимальная толщина полок в местах отверстия достигает 25-30 мм. Учет этого обстоятельства с целью улучшения звукоизоляции перекрытия приводит к необходимости утолщения слоя засыпки по верхней плоскости настила, а следовательно, уменьшения высоты потолка в помещении. Проектная засыпка во многих случаях на практике не выполняется, чему способствует сама конструкция панели, имеющей плоский верх, т. е. имеют место предпосылки для нарушения и без того некачественной проектной звукоизоляции в процессе строительства, что вызывает серьезные и справедливые нарекания населения.

Первый из указанных недостатков частично ликвидированы в перекрытиях, выполненных в виде панелей с овальными пустотами [1] . Однако несмотря на определенные преимущества указанной конструкции, заключающиеся в более экономном расходе бетона и стали (приведенная толщина бетона 9,2 см при расходе стали 8,0 кГ/м²), эти плиты не нашли широкого применения в строительной практике по технологическим причинам: при изготовлении панелей с овальными пустотами на заводах возникают технологические трудности, вызванные тем, что после извлечения пустотообразователей стенки каналов свежеотформованного изделия часто обваливаются. Таким образом, второй из указанных выше недостатков многопустотных настилов в данном случае усугубляется. То же можно констатировать и относительно третьего недостатка.

Другим характерным типом перекрытия являются ребристые панели ребрами вниз [1] . Их приведенная толщина составляет 10,5 см при расходе стальной арматуры 8,3-21,5 кГ/м² в зависимости от временной нагрузки, т. е. расход материалов достаточно велик. Эти панели получили наибольшее распространение в промышленном строительстве. В жилищном и гражданском строительстве эти панели нашли ограниченное применение. В настоящее время они используются, например, в Югославии [3] . При этом в последнем случае их существенными недостатками являются необходимость устройства подвесного потолка, представляющего собой весьма трудоемкий процесс, необходимость в связи с этим и из статических соображений достаточно частой постановки перекрестной системы ребер, а также сложные проблемы, возникающие со звукоизоляцией перекрытия, вызванные наличием между ребрами достаточно тонкой полки.

Известны также ребристые панели перекрытий, укладываемые при монтаже ребрами вверх [4] , выбранные в качестве прототипа. Панели характеризуются наличием плоской контурной рамы, а также промежуточными продольными и поперечными ребрами с располагаемой между ними полкой толщиной порядка 30 мм. Приведенная толщина бетона панелей составляет 8,0 см при расходе стали 9,1 кГ/м² (все приведенные данные по расходу стали относятся к конструкциям с ненапрягаемой арматурой). При монтаже панелей требуется устройство настила под полы. При этом лаги укладываются на ребра с применением упругих прокладок.

Недостатками прототипа являются: достаточно большой расход металла, превосходящий таковой как для многопустотных настилов, так и для панелей ребрами вниз; усложнение технологии изготовления панелей, вызванное наличием перекрестной системы ребер, и монтажа, что объясняется необходимостью устройства настила под полы, снижающего индустриальность панелей и увеличивающего стоимость перекрытия ввиду необходимости использования дорогостоящего леса; недостаточная изоляция от воздушного звука, вызванная наличием тонкой полки, заключенной между ребрами двух направлений. Таким образом, прототип не удовлетворяет изложенной выше совокупности трех основных требований, предъявляемых к конструкции перекрытия.

Целью изобретения является снижение расхода материалов, упрощение технологии изготовления панелей и монтажа перекрытия, улучшение качества звукоизоляции.

Цель достигается тем, что в перекрытии, включающем железобетонную панель ребрами вверх и пол, внутренняя полость панели выполнена сплошной, ограничена боковыми гранями контурных ребер и призматической поверхностью и заполнена заподлицо с верхней гранью ребер звукоизолирующим материалом, причем ординаты призматической поверхности Z_i должны удовлетворять условию:
(h₁-Z_i) γ_пл +Z_i γ_зап ≥ m_зв, (1) где h₁ - высота контурного ребра; γ_пл - объемный вес материала плиты; γ_зап - объемный вес звукоизолирующего материала; m_зв - масса 1 м² перекрытия, необходимая для нормативного поглощения воздушного звука.

Решение отвечает требованию "Изобретательский уровень", так как заявляемое выполнение внутренней полости панели перекрытия не является очевидным для специалиста и явным образом не следует из уровня техники.

На фиг. 1 изображено предлагаемое перекрытие, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Перекрытие состоит из контурной рамы, образованной обращенными вверх продольными ребрами 1 и поперечными ребрами 2, заключенной между ними плиты 3, ограниченной обращенной вниз плоской поверхностью 4 и обращенной вверх призматической поверхностью 5. Внутренняя полость панели, ограниченная боковыми гранями ребер 1,2 и поверхностью 5, заполняется звукоизолирующим материалом 6 заподлицо с верхней гранью 7 контурной рамы. По верху заполнения контурных продольных и поперечных ребер 1,2 укладывается пол 8. При этом соотношение между ординатами ребер призматической поверхности 5 должно обеспечить выполнение условия:
(h₁-Z_i) γ_пл +Z_i γ_зап ≥ m_зв,; где h₁ - высота контурного ребра; γ_пл - объемный вес материала плиты; γ_зап - объемный вес звукоизолирующего материала; m_зв - масса 1 м² перекрытия, необходимая для нормативного поглощения воздушного звука.

В качестве звукоизолирующего материала 6, заполняющего внутреннюю полость панели, могут быть использованы газобетон или пенобетон на известковом вяжущем при минимальной призменной прочности порядка 5 МПа, шлак, керамзит или любой другой дешевый заполнитель. Отсутствие в несущей панели перекрытия промежуточных продольных и поперечных ребер значительно облегчает заполнение внутренней полости панели звукоизолирующим материалом. При использовании в качестве последнего газо- или пенобетона или какого-либо другого твердого материала заполнение внутренней полости панели может быть осуществлено непосредственно на заводе сборных железобетонных конструкций; в случае же насыпного материала заполнение производится непосредственно при монтаже перекрытия. Реализация выполнения ординат Z_i согласно заявляемого изобретения позволяет практически обеспечить равноценную звукоизоляцию по всей площади перекрытия.

Использование в качестве звукоизолирующей внутренней полости панели позволяет одновременно уменьшить и толщину пола 8, что сопровождается увеличением высоты потолка в помещении. При этом укладка пола невозможна без полного заполнения внутренней полости панели, что исключает возможные нарушения проекта на практике, приводящие к ухудшению качества звукоизоляции в перекрытии.

Ограничение плиты 3 с внешней стороны плоской поверхностью 4, а с внутренней - призматической поверхностью 5 обеспечивает в процессе монтажа получение готового потолка, а также пространственный характер работы панели, свойственный плитам-оболочкам [5] и способствующий экономии материалов - бетона и стали. Вместе с тем, если в плитах-оболочках внутренняя поверхность выполняется криволинейной, то здесь она призматическая, что облегчает изготовление форм для бетонирования панелей, а наличие плоской внешней поверхности 4 облегчает и само бетонирование. Исследования показывают, что уже при наличии пяти граней в поверхности 5 напряженно-деформированное состояние (НДС) панели под нагрузкой при прочих равных условиях практически соответствует НДС плиты-оболочки с криволинейной внутренней поверхностью.

Работа конструкции характеризуется следующими особенностями.

Основным несущим элементом перекрытия является обращенная контурными ребрами 1 и 2 вверх железобетонная панель в виде плиты-оболочки с призматической внутренней поверхностью 5, характеризующаяся пространственным характером работы. Изгибное напряженное состояние панели соответствует изгибному напряженному состоянию аналогичной, уложенной ребрами вниз. Мембранное напряженное состояние меняет знак. В результате контурные зоны оказываются сжатыми. При использовании в качестве звукоизолирующего заполнителя внутренней полости панели твердого материала, характеризующегося определенной прочностью на сжатие, например газобетона или пенобетона, заполнитель препятствует смещению угловых точек панели внутрь и тем самым выполняет не только звукоизолирующие функции, но и участвует в общей пространственной работе панели. Если в обычных панелях ребрами вверх, выбранных в качестве прототипа, нагрузка на панель передается только через ребра, то здесь имеет место равномерная передача нагрузки по всей площади панели и активное включение в работу межреберного пространства, чему одновременно способствует и увеличение его жесткости, вызванное пространственным характером работы плиты 3.

В таблице приведены технико-экономические показатели предлагаемой конструкции в сравнении с прототипом и базовым объектом, в качестве какового выбрана многопустотная панель с круглыми пустотами, получившая наибольшее распространение в жилищном строительстве.

Как видно из таблицы, технико-экономические показатели заявляемого изобретения превосходят таковые как для прототипа, так и аналога.

Использование: в перекрытии верхняя поверхность полки панели выполнена призматического очертания. Полость панели, ограниченная боковыми гранями контурных ребер и верхней поверхностью полки, заполнена заподлицо с верхней гранью ребер звукопоглощающим материалом. Ординаты призматической поверхности удовлетворяют приводимой зависимости. 2 ил. , 1 табл.

ПЕРЕКРЫТИЕ, включающее панель с обращенными вверх контурными ребрами и пол, отличающееся тем, что верхняя поверхность полки панели выполнена призматического очертания, причем полость панели, ограниченная боковыми гранями контурных ребер и верхней поверхностью полки, заполнена заподлицо с верхней гранью ребер звукопоглощающим материалом, а ординаты призматической поверхности Z_i удовлетворяют условию
(h₁-Z_i ) γ_пл+Z_i γ_зап ≥ m_зв,
где h₁ - высота контурного ребра;
γ_пл - плотность материала панели,
γ_зап - плотность звукопоглощающего материала;
m_зв - масса 1 м² перекрытия, необходимая для нормативного поглощения воздушного звука.