ВИСЯЧЕЕ ПЕРЕКРЫТИЕ И СПОСОБ ЕГО МОНТАЖА Российский патент 1998 года по МПК E04B7/14 

Изобретение относится к строительству и предназначено для перекрытия большепролетных зданий промышленного и гражданского назначения и может быть использовано, в частности, при строительстве многоярусных гаражей, магазинов и т.д.

Известно висячее покрытие (крыша), включающее мембрану и опорные элементы в виде стержневой системы, расположенной по диагоналям покрытия [1].

Недостатком этого покрытия является то, что оно оптимально работает только на симметричную полную нагрузку. При односторонней нагрузке покрытие неработоспособно.

Наиболее близкими к заявленному является висячее перекрытие, включающее тонколистовую мембрану и формообразующий слой [2]. Мембрана крепится на опорных конструкциях на необходимой высоте, после чего заливается бетоном. Конструкция мембраны работает только на растяжение и позволяет снизить расход металла на ее изготовление. Однако необходимость заполнения пространства между пролетной арматурой и опорными элементами в таком перекрытии значительно увеличивает материалоемкость и вес конструкции, а, следовательно, снижает ее экономичность.

Изобретение позволяет облегчить конструкцию перекрытия и снизить его материалоемкость.

Висячее перекрытие, согласно изобретению, включает оболочку, которая содержит несущую часть и формообразующий слой. Несущая часть выполнена выпукло-вогнутой и снабжена деталями конусообразной формы, вершины которых обращены во внутреннюю область оболочки, а основания выполнены с возможностью шарнирного крепления к опорным элементам. В данном случае "конусообразная" означает форму, близкую или совпадающую с частью поверхности конуса.

Несущую часть оболочки выполняют из тонколистового металла или арматурной сетки, а детали конусообразной формы могут быть образованы группами стержней или полос. При этом каждая группа стержней или полос шарнирно соединена с арматурной сеткой и обладает несущей способностью выше чем у арматуры.

Внешний (опорный) контур оболочки может иметь различную форму в плане, в частности форму окружности, прямоугольника, а также практически любого, в том числе и неправильного, многоугольника.

В последних случаях висячее перекрытие, как правило, будет устанавливаться на опорных конструкциях, находящихся против углов внешнего контура оболочки, а детали конусообразной формы будут обращены основаниями к углам многоугольника и соответственно шарнирно крепиться в зонах примыкания к колоннам, например, посредством цилиндрических шарниров. Крепление к колоннам не является единственно возможным. Допустимо также опирать перекрытие на несущие стены. В том случае, когда детали конусообразной формы образованы группами полос или стержней, каждая полоса или стержень будут иметь отдельное шарнирное крепление.

Выпукло-вогнутая форма несущей части может сохраняться и для оболочки в целом после заливки перекрытия формообразующим материалом, например бетоном, и отверждения последнего. Неплоская форма поверхности перекрытия допустима для зданий и сооружений, например для размещения автомобилей, если условия эксплуатации не требуют строго горизонтальной поверхности перекрытия, а тангенс угла между поверхностью выпуклых и вогнутых участков несущей части и средней плоскостью оболочки в любой точке не превышает допускаемой нормативами величины 0,18. Возможна также установка перекрытия, при которой будет наклонной средняя плоскость оболочки. Подобные перекрытия могут применяться, например, при сооружении многоярусных гаражей и стоянок автомобилей, при автономной установке объемных сооружений различного назначения. Наклонное расположение оболочек позволит обеспечить перемещение между этажами внутри сооружений без лестниц и рамп.

Основные усилия, которые возникают в оболочке висячего перекрытия по изобретению, являются сжимающими или растягивающими. При этом зоны растяжения находятся преимущественно во внутренних участках, а сжатые зоны находятся преимущественно по контуру. Изгибающие усилия в сжатых зонах, согласно расчетам, буду минимальными, если в секторах между выпуклыми частями оболочки соотношение стрелок провиса на внешних сторонах секторов пропорционально квадратам площадей этих секторов. Возможны варианты, когда основные нагрузки будут сосредоточены ближе к внешнему контуру оболочки и центральная часть будет практически неиспользованной. При этом в середине оболочки при необходимости можно выполнить проем, например, для освещения и вентиляции.

Дальнейшие варианты конструкции перекрытия связаны с наличием такого проема. Несущая часть оболочки и вместе с ней формообразующий слой могут иметь разрез, например, вдоль детали конусообразной формы от центрального проема до наружной кромки оболочки. При монтаже такого перекрытия края разреза можно устанавливать на разных уровнях по высоте, в том числе на уровнях, соответствующих смежным этажам или ярусам сооружения. При этом оболочка примет форму витка спирали, который будет удобен, например, для перемещения автомобилей между этажами многоярусных гаражей.

Монтаж висячего перекрытия производят следующим образом.

Несущую часть оболочки с деталями конусообразной формы, вершины которых направлены внутрь оболочки размещают, например, на подмостях. Если несущая часть оболочки выполнена из листового материала, последний может служить также в качестве несъемной опалубки, а боковые кромки будут охвачены отделяемой частью опалубки. Для несущей части из арматурной сетки при бетонировании целесообразна съемная опалубка как снизу, так и по боковым сторонам.

Затем над опалубкой устанавливают кондуктор и крепят к нему в опорных зонах детали конусообразной формы. Между кондуктором и несущей частью размещают предварительно напрягающие устройства, например струбцины, нагружающие несущую часть, и перемещают кондуктор с прикрепленными элементами оболочки к месту крепления оболочки на опорных элементах. Оболочку крепят к опорным элементам, вставляя детали конусообразной формы в шарнирные гнезда в опорных зонах. Если такие детали образуются группами стержней или полос, то отдельно крепится каждый стержень или полоса. Сектора несущей части оболочки, находящиеся между соседними колоннами, провисают под собственным весом, весом опалубки и от пригруза струбцинами, образуя провисшие вогнутые участки.

Далее перекрытие заливают формообразующим материалом, например бетоном, после отверждения которого снимают нагрузку с несущей части оболочки и снимают опалубку.

Размещение шарниров между отдельными частями пролетной арматуры, а также в местах присоединения стержней к опорным элементам обеспечивает сохранение целостности арматуры при монтаже оболочки.

Выполнение оболочки выпукло-вогнутой формы с коническими выпуклостями, сформированными, например, с помощью группы усиленных стержней, обеспечивает равномерность распределения усилий и повышает надежность передачи усилий на опорные элементы.

Использование вертикальных связей между оболочками смежных ярусов (этажей) препятствует потере устойчивости сжатых зон оболочек. Отдельные перекрытия, смежные в пределах одного яруса, блокируются между собой по горизонтали с разрывами и с устройством перешейков.

Возможен также монтаж перекрытия в наклонном положении. При этом несколько последовательных оболочек могут образовывать восходящую спираль, используемую, например, для перемещения автомобилей во многоярусных гаражах и стоянках.

Виток спирали может быть образован и одной оболочкой, для чего в середине несущей части оболочки выполняют проем, делают разрез от кромки проема до наружной кромки оболочки вдоль детали конусообразной формы, а края разреза разводят на разные уровни по высоте, например, на уровни, соответствующие смежным этажам. При необходимости подъема на несколько ярусов (или на несколько витков спирали) край разреза оболочки соединяют с краем разреза соседней по высоте оболочки сверху или снизу и т.д.

Начальные стадии монтажа висячего перекрытия можно проводить на фундаменте сооружения или на уже установленных перекрытиях нижних этажей с дальнейшим подъемом на уровень крепления перекрытия к опорным элементам. Можно также начинать монтаж с уровня крыши или на перекрытиях верхних этажей, а затем опускать кондуктор с прикрепленными элементами оболочки на уровень крепления висячего перекрытия.

На фиг. 1 изображен пример предложенного висячего перекрытия в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант висячего перекрытия с проемом в середине оболочки и разрезом от внутренней до внешней кромки оболочки; края разреза находятся на разных уровнях (выпуклости и вогнутости оболочки показаны без соблюдения масштаба); на фиг. 4 - схема и обозначения элементов висячего перекрытия и возникающих в нем усилий.

Перекрытие выполнено в виде оболочек 1, укрепленных на опорных контурах 2 и колоннах 3 или, например, несущих стенах, при этом оболочки смежных по высоте галерей объединены вертикальными связями 4, установленными преимущественно в зонах оболочки, работающих на сжатие. Оболочки выполнены в виде шарнирно соединенных между собой кольцевой арматуры 5, усиленной в областях, прилегающих к колоннам 3, и групп стержней 6 и связаны слоем 7 формообразующего материала. Арматура может быть выполнена сетчатой в виде стержней или отдельных стальных полос и др. Группы стержней 6 образуют детали конусообразной формы, основания которых шарнирно крепятся к опорному контуру 2, причем вершины конусообразных деталей обращены во внутреннюю область оболочки. Оболочки 1 принимают выпукло-вогнутую форму, причем выпуклости имеют форму конусов, обращенных основаниями к колоннам 3, а вершинами - к средней зоне оболочки. Каждый стержень арматуры снабжен шарниром 8 для соединения с опорным контуром и между собой. На полностью смонтированном висячем покрытии между опорным контуром 2 и формообразующим слоем 7 видимая граница может отсутствовать.

Оболочка в плане может иметь традиционную прямоугольную, многоугольную (фиг. 1), так и любую другую произвольную форму.

Отдельные части пролетной арматуры, сочлененные шарнирно, крепятся к опорному контуру 2, при этом за счет определенного расположения стержней 6 и крепления их к опорным элементам, образуется требуемая форма создаваемой оболочки.

К смонтированной таким образом арматуре снизу крепится (подвешивается) опалубка и затем сверху на арматуру укладывается слой бетона толщиной, например, 5-6 см. После затвердевания (схватывания) бетона и снятия опалубки и пригруза образуется предварительно сжатая оболочка требуемой формы, которая будет служить перекрытием. Такие оболочки размещают поярусно. Это могут быть горизонтально расположенные ярусы (галереи) или наклонные в зависимости от назначения сооружения.

Оболочка может иметь форму витка спирали (фиг. 3), для чего в середине несущей части оболочки выполняют проем 9, делают разрез от кромки проема до наружной кромки оболочки, например, вдоль детали конусообразной формы, а края 10 разреза разводят на разные уровни по высоте, например, на уровни, соответствующие смежным этажам.

В случае необходимости обеспечить относительно горизонтальный пол на выпукло-вогнутом перекрытии над растянутой (вогнутой) зоной оболочки между сжатыми зонами может быть дополнительно сделан настил или равномерно распределен материал 11, который будет связан с растянутой зоной, например, стойками или решетками 12. Такой вариант выполнения показан на фиг. 2 для верхнего яруса и преимущественно может использоваться в сооружениях с пролетами длиной 6-12 м. При этом общая материалоемкость перекрытия практически не изменится, т.к. материал над растянутой зоной оболочки может распределяться за счет части материала сжатой зоны.

Для усилий и провисов, возникающих в перекрытиях (фиг. 4), действуют следующие соотношения.

1. При значениях усилий в полюсе оболочки, равных нулю (полюс - точка пересечения идущих из углов опорного контура лучей или центральных стержней в группах стержней, образующих детали конической формы);

Обозначения в формулах имеют следующие значения: T - усилие в контуре, c - перпендикуляр из полюса к стороне опорного контура (фиг. 4), t - удельное усилие на единицу длины луча, q - удельная нагрузка на единицу площади, a - сторона опорного контура, f - провис в контуре, T_L - усилие в лучах в местах опор, α - угол между стороной опорного контура и лучом, f_c - провис в полюсе (превышение углов над полюсом), Q - усилие в колонне, L - длина луча, A - площадь сектора между лучами. Нижний индекс 1, 2,...,i обозначает порядковый номер соответствующего элемента. Верхний индекс "0" означает "при нулевых усилиях в полюсе оболочки".

2. При горизонтальном положении опорного контура оболочки
.

3. При уменьшении провиса в полюсе отношение уменьшенной стрелы провиса к первоначальной связано соотношением
,
где T_c обозначает усилие в полюсе (в вершине конуса), возникающее при уменьшении провиса.

Между собой отдельные оболочки смежных по высоте ярусов (галерей), могут объединяться вертикальными связями 4, располагаемыми в зонах оболочек, работающих, преимущественно, на сжатие.

Предлагаемая конструкция перекрытия является более экономичной по сравнению с известными, поскольку уменьшаются рабочие сечения, вес конструкции и, как следствие, снижается материалоемкость и стоимость, а также сроки изготовления и монтажа.

Изобретение относится к строительству и предназначено для перекрытия большепролетных зданий промышленного и гражданского назначений и может быть использовано, в частности, при сооружении многоярусных гаражей. Висячее перекрытие включает оболочку, содержащую несущую часть и формообразующий слой. Несущая часть выполнена из гибкого листа или арматурной сетки и снабжена деталями конусообразной формы, основания которых выполнены с возможностью шарнирного крепления к опорным элементам. Вершины конусообразных деталей обращены во внутреннюю область оболочки. В предпочтительном варианте исполнения детали конусообразной формы образованы группами стержней или полос. После установки несущая часть оболочки и все перекрытие в целое принимают выпукло-вогнутую форму. Способ монтажа перекрытия включает соединение несущей части оболочки и деталей конусообразной формы с опалубкой, заливку формообразующего слоя, установку оболочки на опорные элементы и крепление к ним. Детали конусообразной формы на несущей части оболочки ориентированы вершинами в направлении внутренней области оболочки и основаниями кнаружи. Над опалубкой устанавливают кондуктор и крепят к нему детали конусообразной формы. Между кондуктором и несущей частью размещают предварительно напрягающие устройства, нагружающие несущую часть. Кондуктор с прикрепленными элементами оболочки перемещают к месту крепления, устанавливают основания конуса в шарнирные гнезда в опорных элементах, затем заливают перекрытие формообразующим материалом, после отверждения которого снимают нагрузку с несущей части оболочки и снимают опалубку. 2 с. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Висячее перекрытие, включающее оболочку, содержащую опорный контур, несущую часть и формообразующий слой, отличающееся тем, что несущая часть выполнена выпукло-вогнутой и снабжена деталями конусообразной формы, основания которых выполнены с возможностью шарнирного крепления к опорному контуру, причем вершины конусообразных деталей обращены во внутреннюю область оболочки. 2. Перекрытие по п.1, отличающееся тем, что детали конусообразной формы образованы группами стержней или полос. 3. Перекрытие по п.1, отличающееся тем, что несущая часть оболочки выполнена из арматурной сетки. 4. Перекрытие по п.1, отличающееся тем, что внешний контур оболочки имеет в плане форму произвольного многоугольника. 5. Перекрытие по п.4, отличающееся тем, что детали конусообразной формы обращены основаниями к углам многоугольника. 6. Перекрытие по п.1, отличающееся тем, что тангенс угла между поверхностью выпуклых и вогнутых участков несущей части и средней плоскостью оболочки в любой точке не превышает 0,18. 7. Перекрытие по п.5, отличающееся тем, что в середине оболочки выполнен проем. 8. Перекрытие по п.7, отличающееся тем, что несущая часть оболочки имеет разрез вдоль детали конусообразной формы. 9. Перекрытие по п.8, отличающееся тем, что края разреза разведены на разные уровни по высоте. 10. Перекрытие по п.1, отличающееся тем, что в секторах между выпуклыми частями оболочки соотношение стрелок провиса на внешних сторонах секторов пропорционально квадратам площадей этих секторов. 11. Способ монтажа висячего перекрытия, включающий соединение несущей части оболочки с опалубкой, заливку формообразующего слоя, установку оболочки на опорные элементы и крепление к ним, отличающийся тем, что на несущей части оболочки размещают детали конусообразной формы вершинами в направлении внутренней области оболочки и основаниями к наружи, детали конусообразной формы и опалубку крепят к несущей части оболочки, над опалубкой устанавливают кондуктор и крепят к нему детали конусообразной формы, между кондуктором и несущей частью размещают предварительно напрягающие устройства, нагружающие несущую часть, перемещают кондуктор с прикрепленными элементами оболочки, устанавливают основания конуса в шарнирные гнезда в опорных элементах, затем заливают перекрытие формообразующим материалом, после отверждения которого снимают нагрузку с несущей части оболочки и снимают опалубку. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что детали конусообразной формы образованы группами стержней или полос. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что оболочку перекрытия соединяют с соседними по высоте оболочками вертикальными связями, расположенными в зонах, работающих на сжатие. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что над растянутой зоной оболочки между сжатыми зонами равномерно распределен материал, который соединен с растянутой зоной связями в виде стоек или решеток. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что оболочку перекрытия соединяют с соседними перекрытиями по горизонтали с разрывами и с устройством перешейков. 16. Способ по п.12, отличающийся тем, что оболочку монтируют наклонно. 17. Способ по п.12, отличающийся тем, что несущая часть оболочки имеет в середине проем. 18. Способ по п.12, отличающийся тем, что несущая часть оболочки имеет разрез от кромки проема до наружной кромки вдоль детали конусообразной формы, а края разреза разводят на разные уровни по высоте. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что край разреза оболочки соединяют с краем разреза соседней по высоте оболочки сверху или снизу. 20. Способ по п.11, отличающийся тем, что начальные стадии монтажа осуществляют выше уровня крепления перекрытия к опорным элементам, а затем перемещают кондуктор с прикрепленными элементами оболочки на уровень крепления.