УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗГРУЖЕНИЯ НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 1999 года по МПК E04G23/00 

Изобретение относится к области строительства и модернизации, в частности к разгружению стен эксплуатируемых зданий и сооружений с целью их дальнейшей безаварийной эксплуатации, и может быть использовано при реконструкции и ремонте последних.

Известно "Устройство для усиления несущих элементов строительных конструкций". (А.С. СССР N 573557, опубликованное 25.09.77 г., Бюлл. N 35), содержащее дополнительную разгружающую опору, на которой расположен распорный элемент, состоящий из цилиндрической пружины сжатия с тарелками, опирающимися через шаровые опоры на верхнее и нижнее основание, которые соединены между собой регулирующими стяжками. Разгружающее устройство устанавливается непосредственно под разгружаемый элемент (ригель, балка, перемычка и т. д. ) и фиксируется в этом положении. Для обеспечения фиксированных распорных усилий в дополнительной разгружающей опоре распорный элемент предварительно "заряжают" путем сжатия пружин при помощи регулирующих стяжек на заданную (расчетную) величину. Сечение дополнительной разгружающей опоры при этом рассчитывается по действующим нормативным документам, исходя из фактической загруженности перекрытий от постоянной и временной нагрузки, а снимаемая с несущих перекрытий нагрузка передается на усиленный фундамент существующего здания.

Недостатками аналога являются отсутствие общей жесткости дополнительной разгружающей опоры, неустойчивость опор в осевом и боковом направлениях в виде использования в распорном элементе устройства цилиндрических пружин сжатия. Невозможность использования устройства для выборочного снятия постоянных нагрузок с отдельных перекрытий многоэтажных зданий, так как для разгружения последних необходимо устанавливать целую систему из дополнительных разгружающих опор, в связи с тем, что снимаемая нагрузка должна передаваться с разгружаемого перекрытия на существующий фундамент здания, при этом каждую из опор, установленных на этажах, необходимо "заряжать" на определенную (расчетную) нагрузку, что затруднительно. Кроме того, в связи с тем, что передача снимаемой с разгружаемых элементов нагрузки осуществляется на усиленный фундамент существующего здания, возникает необходимость его усиления, что не всегда возможно, т.к. связано с состоянием грунтов основания и конструкцией фундамента.

Наиболее близким по технологической сущности к заявленному изобретению является "Устройство для разгружения несущих конструкций" (положительное решение ВНИИГПЭ России от 26.04.96 г. о выдаче патента на изобретение по заявке N 94024090/03), включающее устанавливаемую под несущую конструкцию стойку и механизм разгружения, который выполнен в виде коаксиально установленного под стойкой металлического стакана и сообщающейся с его полостью регулирующей камерой, имеющей клиновой уплотнитель, установленный с возможностью перемещения в полости стакана посредством распорного элемента, причем полость заполнена сыпучим материалом.

Недостатками указанного устройства являются низкая надежность, обусловленная высокой сложностью механизма разгружения. Большое количество сборочных деталей механизма, в условиях его длительной эксплуатации, создают предпосылки для возникновения аварийных ситуаций, связанных с выходом из строя отдельных деталей, их коррозионному износу, заклиниванию и т.д. В процессе эксплуатации, также под воздействием окружающей среды (затопление подвалов, протечек из систем водопровода и т.д.) может произойти замачивание песка в полости металлического стакана устройства для разгружения. В любой из вышеперечисленных аварийных ситуаций устройство прекращает прослеживать возможные изменения геометрических размеров элементов конструкции со всеми вытекающими отсюда последствиями. Кроме того, снимаемая с перекрытий и несущих элементов постоянная нагрузка передается на стойки разгружения, установленные поэтажно, отказ одной из стоек первого этажа (например, в случае ее механического повреждения или поломки устройства для разгружения) выключает из работы все остальные стойки, расположенные на вышележащих этажах, что неизбежно приведет к аварийной ситуации. Стойки разгружения опираются на существующий фундамент здания, происходит изменение схемы загружения фундамента, что может привести к его разрушению, вместе с тем состояние грунтов основания под подошвой фундамента может не соответствовать современным нормативным требованиям, что исключит саму возможность разгружения несущих конструкций. Узкая область применения также является одним из недостатков устройства для разгружения. Необходимость передачи снимаемой с разгружаемых элементов нагрузки на существующий фундамент здания значительно усложняет процесс разгружения при необходимости, например, разгрузить выборочно один из этажей многоэтажного здания. Для этого нужно будет выставить целую систему стоек, оборудованных механизмами разгружения. Кроме того, в процессе эксплуатации стойки прослеживают аварийные изменения геометрических размеров разгружаемых элементов только в сторону их увеличения (просадки), в случае же уменьшения этих размеров (морозного пучения грунтов под фундаментами здания, например) распорный элемент устройства не срабатывает вследствие конструктивных особенностей, и это может привести к аварийным ситуациям.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы устройства для разгружения и расширение области его применения.

Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является обеспечение оптимального перераспределения снимаемой с разгружаемых элементов нагрузки за счет уменьшения негативного влияния изменений геометрических размеров элементов здания.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что устройство для разгружения несущих конструкций, содержащее механизм разгружения в виде распорного элемента, снабжено опорной рамой, установленной на отдельном фундаменте, а механизм разгружения оснащен не менее чем одной тягой, один конец которой взаимодействует с разгружаемым элементом, а другой конец соединен с распорным элементом, расположенным на опорной раме.

Предложенное устройство обеспечивает оптимальное перераспределение снимаемой с разгружаемых элементов нагрузки, за счет ее передачи с разгружаемого элемента, существующих фундаментов и стен здания, на отдельно стоящие фундаменты. Это происходит за счет работы опорной рамы, на которую передается снимаемая с разгружаемого элемента (перекрытия, балки, ригеля) нагрузка через тяги механизма разгружения, взаимодействующие с разгружаемым элементом. Кроме того, применение в качестве элемента разгружения металлических тяг, работающих на растяжение, позволяет получить значительную экономию металла, а упрощение механизма разгружения ведет к повышению надежности работы устройства для разгружения в процессе эксплуатации. Расчетная постоянная нагрузка снимается с несущей конструкции здания за счет воздействия тяг разгружающего устройства, усилия в которых создаются путем сжатия цилиндрической пружины устройства на расчетную величину, при этом возможные изменения геометрических размеров элементов здания, связанные с просадками фундаментов, пучением грунтов под основанием, ползучестью бетона, температурными колебаниями размеров конструкций и т.д., почти не сказываются на численном значении разгружающего усилия в тягах для разгружения, т.к. эти изменения компенсируются за счет работы цилиндрической пружины сжатия устройства. В случае необходимости в процессе эксплуатации здания изменить (увеличить или уменьшить) постоянную нагрузку на разгружаемое перекрытие либо возникновения значительных аварийных просадок здания, усилие в тягах устройства для разгружения можно легко регулировать в соответствии с текущими требованиями, путем изменения степени сжатия пружины устройства для разгружения. Предложенное устройство можно использовать как для разгружения отдельных элементов здания (перекрытий, балок, ригелей), так и для разгружения всего здания в целом, при этом снятие постоянной нагрузки с каждого перекрытия осуществляется своим, отдельным устройством для разгружения, которые устанавливаются на опорную раму в необходимом количестве. Независимость их работы позволяет, в случае необходимости, предусмотреть для каждого из перекрытий свой индивидуальный режим снятия нагрузки и исключает вероятность одновременного выхода из строя всех устройств для разгружения с перераспределением снимаемой нагрузки на существующие конструкции здания.

Сущность устройства для разгружения несущих конструкций поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, установленного в эксплуатируемом здании; на фиг. 2 - механизм разгружения (Узел 1).

Устройство для разгружения несущих конструкций содержит механизм разгружения, выполненный в виде распорного элемента гидравлического или механического типов, снабженного опорной рамой 1, установленной на отдельном фундаменте 2, а механизм разгружения имеет не менее чем одну тягу 3, один конец которого взаимодействует с разгружаемым элементом 4 посредством опорной детали 5, а другой конец соединен с распорным элементом, размещенным на опорной раме 1.

Устройство для разгружения несущих конструкций механического типа состоит из механизма разгружения (Узел 1), представляющего собой цилиндрическую пружину сжатия 6, зажатую между двумя опорными пластинами 7 при помощи тяговой гайки 8, расположенной на резьбовом конце металлической тяги 3, коаксиально установленной с цилиндрической пружиной сжатия 6 и опорными пластинами 7. Сечение тяги определяется по действующим нормативным документам, исходя из фактической загруженности разгружаемых элементов здания от постоянной и временной нагрузок. Механизм разгружения расположен на опорной раме 1, установленной на отдельном фундаменте 2. При этом второй конец металлической тяги 3 взаимодействует с разгружаемым элементом 4 (балка, перекрытие, ригель) здания, который, в свою очередь, оперт на существующие стены 9 и фундаменты 10, причем второй конец тяги 3 соединен с разгружаемым элементом 4 при помощи сварки или посредством опорной детали 5. Вместо опорной детали 5 возможно для установки механизма разгружения использование опорной балки (горизонтальная часть опорной рамы), с опиранием на вновь возводимый эркер или ризалит для реконструкции зданий, что дополнительно позволит расширить общую площадь помещения, изменить архитектурный облик фасадов здания, повысив общую жесткость сооружения. В случае применения в качестве распорного элемента устройства для разгружения - гидравлического домкрата либо иного силового устройства - количество металлических тяг 3 определяется технической необходимостью.

Работа устройства для разгружения осуществляется следующим образом.

Для снятия постоянной нагрузки с разгружаемого элемента 4, несущих стен 9 и фундаментов 10 существующего здания и ее передачи на новое основание 2 в местах снятия нагрузки выставляются легкие опорные рамы 1, смонтированные на отдельных фундаментах 2 (конструкция фундамента в каждом конкретном случае определяется индивидуально, в зависимости от характеристик грунтов основания), либо возводятся эркеры или ризалиты для реконструкции зданий, с опиранием на них опорной балки (горизонтальная часть опорной рамы 1). После установки опорной рамы 12 на нее в точках снятия нагрузки устанавливается механизм разгружения. В перекрытиях просверливаются отверстия для пропуска металлических тяг 3, после чего тяги устанавливаются в проектное положение, т. е. один конец тяги жестко соединяется с разгружаемым элементом 4 (балкой, ригелем или перекрытием) путем сварки или посредством опорной детали 5, а второй конец соединяется с распорным элементом - цилиндрической пружиной сжатия 6 при помощи тяговой гайки 8. После установки устройства для разгружения несущих конструкций в рабочее положение приступают к этапу снятия нагрузок с разгружаемых элементов 4 здания. Распорный элемент устройства для разгружения несущих конструкций - цилиндрическую пружину сжатия 6 -сжимают посредством опорных пластин 7 и тяговой гайки 8, которая навинчивается на резьбовой конец металлической тяги 3, сжимая цилиндрическую пружину 6 на заданную (расчетную) величину. Это приводит к аккумуляции в пружине энергии, необходимой для разгружения несущих элементов 4 здания и снятия нагрузки с существующих стен 9 и фундаментов 10, и ее передачи на новое основание 2. При достижении заданного (расчетного) усилия в металлических тягах 3 они принимают на себя нагрузку с разгружаемой несущей конструкции (плиты перекрытия, ригеля, балки), при это разгружающее устройство автоматически прослеживает возможные деформации здания в процессе его эксплуатации, связанные с просадками или другими явлениями и компенсирует их за счет работы цилиндрической пружины сжатия устройства для разгружения. Это позволяет исключить возможные перераспределения усилий в конструкциях здания, связанные с просадками или пучением грунтов под основанием, механическими повреждениями конструкций, физическим износом несущих элементов здания. Нагрузка, снимаемая с разгружаемых конструкций 4, стен 9 и фундаментов 10 существующего здания при этом передается посредством опорной рамы 1 на новое основание 2, обеспечив тем самым оптимальное перераспределение снимаемой с перекрытий нагрузки. В случае необходимости дополнительного догружения перекрытий здания полезной нагрузкой разгружающее усилие в тягах 3 легко изменить (увеличить или уменьшить), воздействуя на цилиндрическую пружину сжатия 6 при помощи тяговой гайки 8. Также, при необходимости, изменяя степень сжатия пружины, легко компенсировать возможные аварийные изменения геометрических размеров конструкций здания, связанные с аварийными ситуациями (размывом основания фундаментов, физического разрушения конструкций и т.д.). Предложенное устройство можно использовать как для разгружения отдельных элементов здания, так и для разгружения всего здания в целом, при этом снятие постоянной нагрузки с каждого перекрытия осуществляется своим, отдельным устройством для разгружения, которые устанавливаются на опорную раму 1 в необходимом количестве, а независимость их работы исключает вероятность одновременного выхода из строя всех устройств для разгружения и аварийных перераспределений нагрузок в эксплуатируемом здании. Применение металлических тяг в устройстве для разгружения и передача снимаемой нагрузки с элементов существующего здания на новый фундамент 2 посредством опорной рамы 1 позволяет избежать изменения расчетной схемы фундаментов здания и связанных с этим непредсказуемых перераспределений нагрузок, что позволит исключить аварийные ситуации в процессе эксплуатации сооружения. Таким образом, предложенное устройство для разгружения несущих конструкций, в сравнении с прототипом, обладает большей надежностью в эксплуатации, позволяет расширить область его применения, а также повысить эффективность работы при разгружении зданий и получить при этом значительную экономию металла за счет замены металлических стенок разгружения, работающих на сжатие, на металлические тяги, работающие на растяжение. Особенно эффективно применение устройства при комплексной модернизации зданий, связанной с ликвидацией физического и морального износа, с применением элементов, увеличивающих общую площадь сооружения.

Предложенное устройство относится к области строительства и модернизации, в частности к разгружению стен эксплуатируемых зданий и сооружений с целью их дальнейшей безаварийной эксплуатации. Техническим результатом является обеспечение оптимального перераспределения снимаемой с разгружаемых перекрытий нагрузки за счет уменьшения влияния возможных изменений геометрических размеров элементов здания. Заявленное устройство представляет собой механизм разгружения, выполненный в виде распорного элемента гидравлического или механического типа. Механизм устанавливают на опорную раму, смонтированную на отдельных фундаментах, после чего в перекрытиях здания просверливают отверстия, в которые пропускают металлические тяги механизма разгружения, которые одним концом крепятся к разгружаемому элементу посредством опорной детали, а вторым - к распорному элементу. Цилиндрическую пружину сжатия механизма разгружения сжимают, наворачивая тяговую гайку на резьбовой конец металлической тяги на заданную (расчетную) величину. Это приводит к аккумуляции в пружине кинетической энергии сжатия, необходимой для разгружения несущих элементов здания. При достижении заданного (расчетного) усилия в металлических тягах они принимают на себя нагрузку с разгружаемой несущей конструкции, при этом разгружающее устройство автоматически прослеживает возможные знакопеременные деформации элементов здания в процессе его эксплуатации и компенсирует их за счет работы цилиндрической пружины сжатия устройства для разгружения. Снимаемая нагрузка при этом передается на новый фундамент. Устройство можно использовать как для разгружения отдельных элементов здания, так и для разгружения всего здания в целом. 2 ил.

Устройство для разгружения несущей конструкции, содержащее механизм разгружения в виде распорного элемента, отличающееся тем, что оно снабжено опорной рамой, установленной на отдельном фундаменте, а механизм разгружения имеет не менее чем одну тягу, один конец которой взаимодействует с разгружаемым элементом, а другой конец соединен с распорным элементом, размещенным на опорной раме.