ОГРАЖДЕНИЕ ЗАЩИЩАЕМОГО ПОМЕЩЕНИЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЦЕННОСТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК E04B2/84 E05G1/24 

Изобретение относится к строительству, в частности к конструктивному решению ограждения защищаемого помещения для хранения ценностей, предназначаемого для банковских, музейных и других подобных учреждений.

Известно ограждение защищаемого помещения из монолитного железобетона, дисперсно армированного полипропиленовыми волокнами, включающее горизонтально расположенные арматурные сетки, связанные между собой вертикальными стержнями с резьбовой нарезкой [1].

Недостатком известного ограждения является сложное его техническое исполнение и высокая трудоемкость работ по его возведению, а также слабая адгезионная связь полипропиленовых волокон с бетоном и низкое их сопротивление воздействиям, возникающим при взломе конструкции.

Известно также ограждение защищаемого помещения из бетона, дисперсно армированного стальными фибрами, со стальными облицовками, включающее размещенное в центральной части сечения конструкции металлическое препятствие в виде решетчатой арматуры прямоугольного сечения [2].

Недостатком известного ограждения является значительный расход металла и сравнительно низкая эффективность его использования в конструкции, доступность стальной облицовки к работам по ее вскрытию при взломе конструкции, сравнительно низкое сопротивление облицовки к воздействиям огня в ситуациях, возникающих при пожаре, а также неэффективное размещение арматуры в центральной части сечения конструкции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ограждение защищаемого помещения для хранения ценностей в виде замкнутой монолитной конструкции из бетона, дисперсно армированного стальными фибрами, включающей по крайней мере две арматурные сетки, ячейки которых смещены относительно друг друга в обоих направлениях в плоскости конструкции на величину, равную половине размера ячейки [3].

Ограждение характеризуется простотой его конструктивного исполнения и достаточно высокой эффективностью использования размещаемых в нем арматурных сеток, однако его недостатком является то, что параметры дисперсного армирования конструкции стальными фибрами, их длина, диаметр, объемное содержание в бетоне не взаимосвязаны с параметрами стержневого армирования, с размером ячеек арматурных сеток, а также с параметрами структуры бетона, в том числе с величиной зерен крупного заполнителя бетона, соответственно, с пределами, ограничивающими область эффективного использования стальных фибр в зависимости от размеров зерен крупного заполнителя, а также крупного заполнителя в зависимости от величины диаметров фибр, их относительной длины и объемного содержания в бетоне. Кроме того, параметры дисперсного армирования не связаны с анкеровкой фибр в зависимости от их прочности и прочности бетона. Несоблюдение требуемых соотношений между указанными параметрами снижает однородность и эффективность структуры дисперсного армирования, в результате чего снижается количество работы, которую необходимо затратить на вскрытие (разрушение) конструкции при взломе и, как следствие, снижается класс защиты ограждения, при этом возникают также технологические трудности возведения монолитной конструкции.

Задача изобретения - повышение устойчивости (сопротивления) к взлому и улучшение технологии возведения за счет более однородного уровня структуры дисперсного армирования бетона. Обеспечивается также повышение эффективности работы стальных фибр за счет обеспечения условий "сшивания" объемов бетона между зернами крупного заполнителя и блокирования фронта продвижения потенциальных трещин между зернами крупного заполнителя в растворной части бетона при внешних воздействиях (при взломе) за счет ограничения величины диаметров фибр и увеличения их количества при одном и том же содержании в зависимости от крупности зерен заполнителя при фиксируемом расходе этого заполнителя в бетоне. Улучшается качество технологии возведения ограждений за счет обеспечения условий для проникновения фибр в пространство между ячейками арматурных сеток и, как следствие, более равномерное распределение фибр в объеме бетона, в том числе в зоне защитного слоя ограждения. Повышается анкерующая способность фибр и эффективность их работы за счет получения оптимальных соотношений между их длиной и диаметром в зависимости от отношений их прочности и прочности бетона.

Достигается это тем, что в ограждении защищаемого помещения для хранения ценностей в виде замкнутой монолитной конструкции из бетона, дисперсно армированного стальными фибрами, включающей по крайней мере две арматурные сетки, ячейки которых смещены относительно друг друга в обоих направлениях в плоскости конструкции на величину, равную половине размера ячейки, длина фибр l_f принята в пределах
2C_max ≤ l_f ≤ 0,8 S,
где С_max - максимальный размер зерен крупного заполнителя бетона;
S - размер ячейки в свету арматурной сетки, при этом отношение d_f/C_max определено из условия

где d_f - диаметр фибр,
μ_f·v - объемное (относительное) содержание фибр в бетоне,
К - коэффициент, значение которого для фибр с относительной длиной l_f/d_f = 50 - 75 - 100 принято равным, соответственно, 4,24 - 4,85 - 5,35
(для промежуточных значений отношения l_f/d_f коэффициент К принят по интерполяции), при этом диаметр фибр принят из условия

для фракций заполнителя с крупностью зерен С_max от 15 до 20 мм или из условия

для фракций заполнителя с крупностью зерен С_max до 15 мм.

Кроме того, ограждение защищаемого помещения для хранения ценностей содержит стальные фибры, отношение длины которых к их диаметру принято не менее 1,55 R_f/ R_b - для профилированных фибр или не менее 2,5 R_f/R_b - для гладких фибр, где R_f - прочность фибр (их временное сопротивление разрыву), R_b - прочность бетона на сжатие.

На фиг. 1 изображено ограждение защищаемого помещения, общий вид (в разрезе); на фиг. 2 - узел А на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - арматурные сетки в плане (одна из сеток условно изображена пунктиром); на фиг. 4-6 - области применения фракций крупного заполнителя в бетоне в зависимости от величины диаметров стальных фибр и их объемного содержания в ограждении.

Ограждение 1 защищаемого помещения 2 (фиг.1), включая потолок 3, стены 4 и пол 5, выполнено в виде замкнутой монолитной конструкции из бетона 6, дисперсно армированного стальными фибрами 7, включающей по крайней мере две арматурные сетки 8 (фиг. 2 и 3), ячейки 9 которых смещены относительно друг друга в обоих направлениях в плоскости конструкции на величину, равную половине размера ячейки. При этом длина фибр 7 (фиг.2) принята в пределах 2С_max≤l_f ≤ 0,8 S, где С_max - максимальный размер зерен 10 крупного заполнителя бетона 6, S - размер ячейки в свету 11 арматурной сетки 8. Отношение d_f/C_max определено из условия

где d_f - диаметр фибр 7,
μ_f·v - объемное (относительное) содержание фибр 7 в бетоне 6,
K - коэффициент, значение которого для фибр 7 с относительной длиной l_f/d_f = 50 - 75 - 100 принято равным, соответственно, 4,24 - 4,85 - 5,35, при этом диаметр фибр 7 (мм) принят из условия

для фракций заполнителя с крупностью зерен 10 С_max от 15 до 20 мм или из условия

для фракций заполнителя с крупностью зерен С_max менее 15 мм.

Ограждение защищаемого помещения для хранения ценностей содержит стальные фибры 7, отношение длины которых к их диаметру принято не менее 1,55 R_f/R_b - для профилированных фибр или не менее 2,5 R_f/R_b - для гладких фибр, где R_f - прочность фибр (их временное сопротивление разрыву); R_b - прочность бетона 6 на сжатие.

В ограждении 1 проявляются следующие особенности работы конструкции. В условиях воздействий, проявляющихся при взломе, ограждение 1 воспринимает ударные, сжимающие, растягивающие и другие виды нагрузок, создаваемых с помощью различных инструментов и механизмов. При этом в работу должны включаться и активно взаимодействовать друг с другом все компоненты материала конструкции.

При соблюдении условия l_f > 2C_max длина стальных фибр позволяет обеспечить "сшивание" объемов бетона, заключенных между зернами крупного заполнителя, препятствуя при внешних воздействиях распространению возникающих трещин в бетоне от одного зерна заполнителя (щебня) к другому. В данном случае снижается возможность хрупкого разрушения бетона, повышается уровень вязкости его разрушения и, соответственно, сопротивление внешним воздействием, и, в результате, - класс устойчивости к взлому.

При соблюдении условия l_f < 0,8 S, длина стальных фибр 7 обеспечивает возможность их технологического проникновения при формовании конструкции в объем бетона, заключенного между ячейками 9 арматурных сеток 8 и, таким образом, позволяет укрепить этот объем бетона, т. е. обеспечить однородность дисперсного армирования по всему сечению конструкции.

Соблюдение условия обеспечивает требование, связанное с необходимостью соблюдения соотношения между величиной диаметра используемых фибр и максимальным размером зерен крупного заполнителя бетона в зависимости от объемного содержания фибр в бетоне и их относительной длины (т. е. от отношения l_f/d_f), что в свою очередь обеспечивает условие, относящееся к количеству фибр, которое необходимо включить в работу в отдельных объемах бетона, ограничивающих каждое зерно крупного заполнителя, то есть связать, "сшить" непосредственно не единичные, а все макроскопические объемы бетона друг с другом. В результате повышается эффективность дисперсного армирования, возрастает сопротивление материала внешним воздействиям.

Условия

устанавливают пределы максимальных значений размеров зерен крупного заполнителя 10 в бетоне 6 при его дисперсном армировании, которые следует назначать в зависимости от величины диаметров используемых фибр и их объемного содержания, и одновременно эти же условия ограничивают области, в пределах которых обеспечивается рациональная работа крупного заполнителя 10 и стальных фибр 7 друг с другом (то есть их совместная работа).

В практических условиях при получении бетона для возведения конструкции ограждения 1 в качестве крупного заполнителя 10 следует использовать стандартный щебень, получаемый из плотных горных пород, преимущественно из гранита, базальта, диабаза, долерита с фракциями от 5 до 15 мм, а также от 3 или от 5 до 10 мм, как правило для ограждения с толщиной защитного слоя до 30 мм, или от 5 до 20 мм для ограждения с толщиной защитного слоя 40-50 мм. Применение подобного щебня плотной структуры в бетоне повышает устойчивость конструкции к взлому.

В соответствии с указанными выше условиями при использовании фибр 7 с относительной длиной l_f/d_f, равной 50 (фиг.4) или, соответственно, 75 (фиг. 5), или 100 (фиг.6), области I, лежащие выше граничных линий на графиках, относятся к диапазону рационального применения заполнителя с крупностью зерен С до 20 мм. В данном случае для получения бетона целесообразно использовать стандартные фракции заполнителя (щебня 10) или смеси фракций от 5 до 15 мм или от 5 до 20 мм.

Заштрихованные участки в верхней части графиков (фиг.4,5,6) - не рекомендуемые области. В пределах этих заштрихованных участков попадает область, в которой количество фибр, измеряемое в штуках, при соответствующем их объемном содержании μ_f·v становится недостаточным, чтобы блокировать (затормозить) развитие трещин в бетоне при их распространении от одного зерна заполнителя к другому.

Области II, лежащие ниже граничных линий на графиках, относятся к диапазонам рационального применения заполнителя с крупностью зерен С_max менее 15 мм. В данном случае для получения бетона целесообразно также использовать стандартные фракции щебня от 3 или 5 до 10 мм или аналогичные фракции с максимальной крупностью зерен заполнителя менее 15 мм.

Заштрихованные участки в нижней части графиков (фиг. 4,5,6) - также не рекомендуемые области. В пределах этих заштрихованных участков величина крупности зерен заполнителя 10 должна быть достаточна низкой, менее 3 мм, то есть это область, в которой бетон должен изготавливаться без крупного заполнителя (с применением только песка). Сопротивление такого бетона (без щебня) к воздействиям взлома снижается, поэтому указанная область (заштрихованные участки на графиках на фиг. 4,5,6) не рекомендуется для ограждения.

Эффективность применения стальных фибр 7 обуславливается в значительной мере их анкеровкой в бетоне. Для обеспечения этого условия используемый для ограждения 1 бетон 6 содержит стальные фибры, отношение длины которых к их диаметру принято не менее 1,55 R_f/R_b для профилированных фибр или не менее 2,5 R_f/R_b для гладких фибр.

Совокупность указанных признаков изобретения обеспечивает повышение вязкости разрушения бетона в ограждении, соответственно приводит к увеличению работы, которую необходимо затратить для взлома ограждения. В данном случае в процессе работы при взломе ограждения, например отбойным молотком, от конструкции ограждения отделяются (откалываются) весьма мелкие куски бетона, соответственно увеличивается время, необходимое для взлома конструкции, в отличие от известных решений, для которых в аналогичных ситуациях (при аналогичных воздействиях) от конструкции отделяются (откалываются) достаточно крупные куски бетона.

Совокупность признаков изобретения обеспечивает также условия для качественного выполнения работ, связанных с технологией возведения ограждения и однородным армированием бетона стальными фибрами в его объеме (в том числе в ячейках между стержнями арматурных сеток).

В конечном итоге совокупность признаков изобретения обеспечивает достижение поставленной задачи, направленной на повышение устойчивости (сопротивления) к взлому ограждения защищаемого помещения и улучшение технологии возведения ограждения.

Ограждение предназначено для хранения ценностей банковских, музейных и других подобных учреждений. Ограждение защищаемого помещения, включая потолок, стены и пол, выполнено в виде замкнутой конструкции из бетона, дисперсно армированного стальными фибрами, и включает по крайней мере две арматурные сетки. Ячейки сеток смещены относительно друг друга в обоих направлениях в полости конструкции на величину, равную половине размера ячейки. Длина фибр принята в пределах 2C_max≤l_f≤0,85 S, где C_max - максимальный размер зерен крупного заполнителя бетона, S - размер ячейки в свету арматурной сетки. Отношение d_f/C_max определено из условия , где d_f - диаметр фибр, μ_f•v - объемное (относительное) содержание фибр в бетоне, К - коэффициент, значение которого для фибр с относительной длиной l_f/d_f = 50 - 75 - 100 принято равным, соответственно, 4,24 - 4,85 - 5,35. Диаметр фибр принят из условия: для фракций заполнителя с крупностью зерен C_max от 15 до 20 мм или из условия для фракций заполнителя с крупностью зерен C_max менее 15 мм. Отношение длины стальных фибр к их диаметру может быть принято не менее 1,55 R_f /R_b - для профилированных фибр или не менее 2,5 R_f /R_b - для гладких фибр, где R_f - прочность фибр (их временное сопротивление разрыву), R_b - прочность бетона на сжатие. Изобретение позволяет улучшить технологию возведения ограждений и повысить их устойчивость к взлому. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Ограждение защищаемого помещения для хранения ценностей в виде замкнутой монолитной конструкции из бетона, дисперсно армированного стальными фибрами, включающей по крайней мере две арматурные сетки, ячейки которых смещены относительно друг друга в обоих направлениях в плоскости конструкции на величину, равную половине размера ячейки, отличающееся тем, что длина фибр l_f принята в пределах
2C_m a x ≤ l_f ≤ 0,85 S,
где C_m a x - максимальный размер зерен крупного заполнителя бетона,
S - размер ячейки в свету арматурной сетки,
при этом отношение d_f / C_m a x определено из условия

где d_f - диаметр фибр,
μ_f•v - объемное (относительное) содержание фибр в бетоне,
K - коэффициент, значение которого для фибр с относительной длиной l_f / d_f = 50 - 75 - 100 принято равным, соответственно, 4,24 - 4,85 - 5,35,
при этом диаметр фибр принят из условия

для фракций заполнителя с крупностью зерен C_m a x от 15 до 20 мм или из условия

для фракций заполнителя с крупностью зерен C_m a x менее 15 мм. 2. Ограждение защищаемого помещения для хранения ценностей по п.1, отличающееся тем, что оно содержит стальные фибры, отношение длины которых к их диаметру принято не менее 1,55 R_f / R_b - для профилированных фибр или не менее 2,5 R_f / R_b - для гладких фибр, где R_f - прочность фибр (их временное сопротивление разрыву); R_b - прочность бетона на сжатие.