ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ПАНЕЛЬ-ОБОЛОЧКА Российский патент 2001 года по МПК E04B7/20 E04C2/38 

Изобретение относится к строительству, а именно к панелям-оболочкам на пролет, используемых в сборных железобетонных покрытиях одно- и многопролетных производственных зданиях различного назначения.

Известна железобетонная панель-оболочка на пролет, крупнопанельная железобетонная сводчатая - К. Ж.С. - [Руководство по проектированию железобетонных конструкций покрытий и перекрытий / НИИЖБ, М.: С.И., 1979 - 421 с. - см. стр. 231, рис. 9], которая в себя включает ребра-диафрагмы сегментного очертания с верхним поясом криволинейным, стенкой, прямолинейным нижним поясом и сводчатую полку, монолитно сопряженную по продольным краям с верхними поясами ребер-диафрагм, а торцами - с опорной частью.

Основным конструктивным элементом железобетонной панели-оболочки является бетонная полка, работающая вдоль пролета как свод, на сжатие, безмоментно благодаря распору, гасящему балочный момент, который воспринимается арматурой нижних поясов ребер-диафрагм. Назначение ребер-диафрагм состоит в обеспечении сохранности полки-свода на стадиях ее изготовления и монтажа.

Достоинством этого технического решения является экономичность расхода материала, индустриальность изготовления и монтажа. Недостатком является то, что сводчатая полка не обладает светопропускной способностью.

Известно конструктивное решение панели-оболочки КЖС со светопроемом протяженностью на треть ее длины в средней зоне, устраиваемым путем удаления полки [источник тот же, см. стр. 232, 233, рис. 9.4]. Оно включает в себя: ребра-диафрагмы сегментного очертания с верхним поясом криволинейным, стенкой, прямолинейным нижним поясом и участки полки в крайних третьих долях пролета, монолитно сопряженные по продольным краям с верхними поясами ребер-диафрагм, а в торцовой зоне панели - с ее опорной частью.

Достоинство этого устройства состоит в наличии светопроема в средней трети длины пролета панели-оболочки, позволяющего устраивать прямоугольные светоаэрационные фонари на сборных покрытиях. К недостаткам этого технического решения можно отнести то, что образование светопроема на ширину полки сводчатого очертания протяженностью в одну треть длины пролета панели-оболочки в средней ее зоне приводит к потере способности полки выполнять функцию свода, т.е. способности работать на сжатие вдоль пролета панели-оболочки с проявлением распора, для восприятия которого уже имеется арматура в нижних поясах ребер-диафрагм. Следствием этого является ухудшение условий работы верхних поясов ребер-диафрагм из-за повышения гибкости из плоскости их работы на протяжении длины светопроема и, главным образом, снижение несущей способности панели-оболочки в целом. Пропала пространственность работы панели оболочки, возникла необходимость ее усиления. Согласно рекомендациям упомянутого Руководства [1] панель-оболочка подлежит в этом случае усилению по рамному принципу: весь материал полки, высвобождающийся в связи с образованием в ней светопроема, распределяется по его периметру сверху, со стороны действия внешней равномерно распределенной нагрузки. Так это устройство и законструировано: полка панели-оболочки по краям светопроема утолщается, а верхние пояса ребер-диафрагм наращиваются соответственно вверх, с постановкой в этой части дополнительно арматуры с учетом ее работы на сжатие, площадь которой устанавливается по расчету из условия компенсации возникшего ослабления, определяемого прочностью удаленного участка бетонной полки. В результате изменения конструктивной схемы полки в составе панели-оболочки изменились и условия ее действительной работы. Она в крайних долях пролета панели-оболочки стала работать на изгиб под действием внешней нагрузки в направлении ширины панели, т.е. на растяжение, что не соответствует характеру свойств материала, из которого она состоит, бетона. Наличие утолщения участков полки, сверху ее, по краям светопроема, не меняет схему ее работы. Полка, прогибаясь под действием внешней нагрузки относительно верхних поясов ребер-диафрагм, создает предпосылки к их западанию внутрь исходного плана конструкции по длине светопроема, провоцируя возникновение предпосылок к потере их устойчивости из плоскости.

Наиболее близким техническим решением по существу по отношению к заявленному является железобетонная панель-оболочка на пролет со сводчато-складчатой полкой (а.с. СССР N 1270257, кл. E 04 C 2/26, 1983 г.), которая в себя включает: ребра-диафрагмы сегментного очертания с верхним поясом криволинейным, стенкой, прямолинейным нижним поясом и двухгранную полку с ребром в узле монолитного сопряжения граней, монолитно соединенную по продольным краям с верхними поясами ребер-диафрагм, а торцами - с опорной частью.

Достоинство этого технического решения состоит в том, что полка работает на сжатие как двухгранный свод, в двух направлениях: вдоль пролета панели-оболочки и вдоль образующих, в направлении ширины. При этом распор в продольном направлении воспринимается арматурой нижних поясов ребер-диафрагм, а в поперечном направлении - смежными панелями, с которыми взаимодействует панель-оболочка по продольным сторонам в системе сборного покрытия.

Недостаток этого технического решения заключается в отсутствии светопропускающей способности полки, что приводит к перерасходу энергии на создание освещенности должного уровня рабочих мест в большепролетных и многопролетных одноэтажных производственных зданий.

Устранить этот недостаток можно известным путем, как отмечено выше, образованием светопроема на ширину полки и на треть длины пролета панели оболочки в средней ее зоне, с применением того же рамного принципа усиления: наращиванием высоты верхних поясов ребер-диафрагм и краев граней полки с разравниванием оставшегося бетона по верху граней двухгранной полки и усилением дополнительной арматурой верхних поясов ребер-диафрагм в пределах длины светопроема, устанавливаемой по расчету. Но в этом случае опять-таки будет потеряна двухгранной полкой функция свода. В результате ухудшатся условия работы участков двухгранной полки в крайних долях пролета панели-оболочки, которые окажутся опертыми лишь по трем сторонам. При этом полка панели за пределами светопроема будет работать на изгиб в коротком направлении, вызывая распор наружу, создавая предпосылки к потере устойчивости верхних поясов ребер-диафрагм из их плоскости в пределах длины светопроема в системе покрытия.

Цель изобретения состоит в создании светопропускной способности двухгранной сводчатой полки панели-оболочки путем реализации принципа предельно целесообразного и рационального использования материала двухгранной полки, высвобождаемого при образовании светопроема, идущего на восстановление у нее функции - двухгранного свода, которая обеспечивает снижение материалоемкости при одновременном повышении жесткости, несущей способности, улучшении условия работы панели-оболочки.

Цель достигается тем, что железобетонная панель-оболочка на пролет, включающая ребра-диафрагмы сегментного очертания с верхним поясом криволинейным, стенкой, прямолинейным нижним поясом и двухгранную полку с ребром в узле монолитного сопряжения граней, жестко соединенную по продольным краям с верхними поясами ребер-диафрагм, а торцами - с опорной частью, ее светопропускная способность обеспечивается образованием светопроема в средней зоне удалением материала двухгранной полки на ее ширину и треть длины пролета панели-оболочки и она снабжена средним криволинейным ребром, соединяющим жестко узлы монолитного спряжения граней участков двухгранной полки с подкрепляющим их ребром, отделенных друг от друга светопроемом, поперечными ребрами с уклоном, равным уклону граней двухгранной полки, примыкающими жестко с двух сторон к среднему криволинейному ребру и к верхним поясам ребер-диафрагм; при этом среднее криволинейное ребро постоянной высоты сечения очерчено по длине светопроема по радиусу R_о окружности, а жесткое соединение его концов с узлами монолитного сопряжения граней участков двухгранной полки панели-оболочки опосредствуется крайними поперечными ребрами, которые жестко присоединены по своему верху к граням двухгранной полки заподлицо с их наружной поверхностью и ось симметрии поперечного сечения которых принимается за края участка двухгранной полки, причем расстояние между всеми поперечными ребрами в осях их симметрии равно половине ширины панели оболочки. Среднее криволинейное ребро по форме поперечного сечения равновелико ребру в узле монолитного сопряжения граней участков двухгранной полки с учетом толщины грани полки над ним. Габаритные размеры поперечных сечений среднего криволинейного ребра и ребер поперечных (высота, ширина поверху) составляют десятую долю от шага поперечных ребер в осях их симметрии, поэтому элементы этих признаков являются жесткими стержневыми элементами, как и элементы верхних поясов ребер-диафрагм, определяемые расстоянием между узлами их сопряжения с поперечными ребрами. Особенность новых конструктивных признаков - среднего криволинейного ребра, очерченного по радиусу окружности R_о вдоль светопроема, и ребер поперечных с уклоном, равным уклону граней двухгранной полки, примыкающих жестко с двух сторон к среднему криволинейному ребру и к верхним поясам ребер-диафрагм, размещенных по длине конструкции в границах светопроема с шагом в половину ширины панели-оболочки, состоит в том, что они по отдельности не смогли бы выполнить возложенных на них функций (жестких) связей соответственно между узлами монолитного сопряжения граней участков двухгранной полки с подкрепляющим их ребром, разъединенных светопроемом, и между верхними поясами ребер-диафрагм по длине конструкции в границах светопроема, вследствие их непрямолинейности и малости размеров поперечных сечений, которые не превышают 5% от размера ширины панели-оболочки. Но именно указанные особенности формы и пространственного расположения новых конструктивных признаков позволяют достичь этого, при обеспечении их взаимосвязи. Очертание среднего криволинейного ребра по радиусу R_о окружности верхней поверхности двухгранной полки-прототипа определяется простотой изготовления опалубки при обеспечении соответствия его очертания очертаниям свода, простотой раскроя элементов металлической опалубки на стадии ее изготовления, а двухсторонность уклона верха поперечных ребер, равного уклону граней двухгранной полки, с их шагом в половину ширины панели-оболочки обеспечивает возможность их жесткого сопряжения в их середине со средним криволинейным ребром всей площадью их поперечных сечений и с верхними поясами ребер-диафрагм. Таким образом, жесткое взаимное сопряжение новых разноименных признаков между собой, среднего криволинейного ребра и ребер поперечных с двухсторонним уклоном и каждым из них - с соответствующими признаками прототипа обеспечивает уменьшение расчетных длин их участков, работающих на сжатие: ребер поперечных с уклоном, равным уклону граней двухгранной полки. Это позволяет увеличить критическую силу сжатия по Эйлеру в квадрате от количества расчетных участков: для поперечных ребер - не менее чем в четыре раза, для среднего криволинейного ребра и верхних поясов ребер-диафрагм - не менее 16-ти раз. При этом жесткость среднего криволинейного ребра возрастает в плоскости и из плоскости, а верхних поясов ребер-диафрагм - только из плоскости их работы.

Так, при жестком сопряжении концов среднего криволинейного ребра с узлами монолитного сопряжения граней с подкрепляющим их ребром, которое опосредствуется крайними поперечными ребрами с уклоном, равным уклону граней полки, при их монолитном присоединении поверху к граням двухгранной полки заподлицо с их наружной поверхностью, в границах светопроема сформирована выпуклая вверх против действия внешней нагрузки, пространственная жесткостержневая структура, восстанавливающая функцию сводчатой двухгранной полки панели-оболочки, при равнопрочности составляющих ее конструктивных элементов, включая и элементы верхних поясов ребер-диафрагм, относящихся к признакам прототипа. Верх элементов пространственно-выпуклой, жестко-стержневой структуры в границах светопроема соответствует верху, точнее, лежит на верхней поверхности прототипа, а сами элементы структуры - ниже ее. Оставшаяся часть материала полки, высвободившаяся при образовании светопроема, идет на развитие формы поперечного сечения вверх и по длине основного признака, среднего криволинейного ребра. Этапы развития представлены ниже.

- Та же железобетонная панель-оболочка, но характеризуется тем, что среднее криволинейное ребро имеет верхнюю часть поперечного сечения постоянной высоты в пределах длины светопроема, верх которой выступает над верхом узлов монолитного сопряжения граней участков двухгранной полки на высоту сечения основного ребра с торцовыми напусками вглубь участков двухгранной полки, отделенных друг от друга светопроемом, для жесткости связи с ними по их верху.

- Та же железобетонная панель-оболочка, но характеризуется тем, что верхняя часть сечения среднего криволинейного ребра имеет верхушку, которая обеспечивает постепенное возрастание высоты ее поперечного сечения от краев светопроема к его середине, при этом верхняя поверхность верхушки и двухсторонних торцовых напусков верхней части среднего криволинейного ребра вглубь участков двухгранной полки от краев светопроема очерчена по одному радиусу R₁ окружности, который обеспечивает приращение высоты сечений верхушки в середине светопроема в 1/60 его длины.

- Та же железобетонная панель-оболочка, но отличается тем, что верхняя часть сечения среднего криволинейного ребра вместе с верхушкой и напусками имеет двухстороннее плавное боковое уширение от начала напусков на участках двухгранной полки к середине пролета панели-оболочки при одновременном уширении от низа к верху, с отклонением верха боковых поверхностей от вертикали наружу на величину угла, равного углу наклона граней участков двухгранной полки к горизонту.

В заявленном устройстве используется новый принцип распределения материала, высвобождающегося при образовании светопроема удалением двухгранной полки на треть длины пролета панели-оболочки, кратных половине ее ширины, при котором обеспечивается более целесообразное и рациональное использование материала, восстанавливается функция двухгранного свода двухгранной полки с обеспечением ее светопропускной способности. Линейные размеры новых признаков, ребер поперечных с двухсторонним уклоном их верха и среднего криволинейного ребра с его параметрами развития, определяются ограниченностью объема высвобождающегося при образовании светопроема материала двухгранной полки. Исключается необходимость постановки дифицитной арматуры в сжатой зоне панели-оболочки, объем расхода которой в аналогах со светопроемом [1] определяется расчетом из условия ослабленно поперечного сечения панели-оболочки. Поэтому заявленное решение удовлетворяет критериям "новизна" и "новый уровень техники", обеспечивает достижение поставленной цели. К недостатку заявленного решения можно отнести уменьшение площади светопроема чуть больше 11% от общей его площади. Этот недостаток легко устраняется возможностью увеличения площади светопроема на шаг поперечных ребер. Оно предполагает необходимость нового технического решения, средства в форме металлической опалубки, заявка на которую будет отправлена позднее. Свойства, которые проявились в техническом решении совокупностью новых признаков вместе с признаками прототипа, новы, ранее не были известны и не следуют явным образом из уровня техники. Аналоги не могут их проявить принципиально, из-за отсутствия двухгранности сводчатой полки.

Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен вид заявленной конструкции в системе покрытия; на фиг. 2 - общий вид половины конструкции для пролета 18 м, аксонометрия; на фиг. 3 - вид сверху, сопряжение в плане среднего криволинейного ребра с крайними участками двухгранной полки и ребер боковых со средним криволинейным ребром и верхними поясами ребер-диафрагм; на фиг. 4 - разрез по Б-Б, продольный с обозначением узла 2; на фиг. 5 - разрез по В-В, поперечный с обозначением узлов 1 и 3; на фиг. 6 - узел 1, взаимное сопряжение среднего криволинейного ребра с восходящими участками ребер поперечных с уклоном, равным уклону граней двухгранной полки; на фиг. 7 - узел 2, сопряжение конца среднего криволинейного ребра с узлом монолитного сопряжения граней полки, опосредуемое крайним поперечным ребром; на фиг. 8 - узел монолитного сопряжения граней двухгранной полки; на фиг. 9 - узел 3 сопряжения нисходящего участка поперечного ребра с верхним поясом ребра-диафрагмы; на фиг. 10 - схема, определяющая очертание и протяженность напуска верхней части среднего криволинейного ребра на участок двухгранной полки.

Позиции на чертеже обозначают:
ребра-диафрагмы сегментного очертания - 1; верхний пояс криволинейный - 2; верх верхнего пояса криволинейного очертания, по параболе - 3; стенка - 4; прямолинейный нижний пояс - 5; двухгранная полка - 6; грани двухгранной полки - 7; узел монолитного сопряжения граней - 8; ребро в узле монолитного сопряжения граней - 9; торцы двухгранной полки - 10; опорная часть панели-оболочки - 11; среднее криволинейное ребро - 12; поперечные ребра с уклоном, равным уклону граней двухгранной полки - 13; верх поперечных ребер - 14; крайние поперечные ребра с уклоном, равным уклону граней двухгранной полки - 15; край участков двухгранной полки - 16; восходящая часть поперечных ребер - 17; нисходящая часть поперечных ребер - 18; верхняя часть сечения среднего криволинейного ребра постоянной высоты - 19; напуски верхней части высоты сечения среднего криволинейного ребра - 20; верхушка верхней части среднего криволинейного ребра - 21; двухстороннее плавное боковое уширение верхней части среднего криволинейного ребра с верхушкой - 22; боковая поверхность двухстороннего уширения верхней части среднего криволинейного ребра - 23; угол наклона граней двухгранной полки к горизонту и верха поперечных ребер - α..

Для примера конкретного выполнения заявленного технического устройства рассмотрим железобетонную панель-оболочку на пролет протяженностью 18 м; шириной - 3 м; с уклоном граней двухгранной полки 1:10. Ее общий вид в системе покрытия для случая с фонарной надстройкой представлен на фиг. 1, а аксонометрия - на фиг. 2. Она состоит: из ребер-диафрагм сегментного очертания с верхним поясом 2 прямолинейного нижнего пояса 5; двухгранной полки 6, грани 7 которой монолитно сопряжены в узле 8, имеющем снизу ребро 9, и с верхними поясами 2 ребер-диафрагм 1, а торцами 10 - с опорной частью 11 панели-оболочки.

Заявленное техническое решение получено из панели-оболочки прототипа, в которой для обеспечения светопропускной способности образован светопроем путем удаления участка двухгранной полки в средней трети длины пролета. В нем реализован новый принцип использования материала двухгранной полки, высвободившегося в связи с образованием светопроема. Он идет на формирование пространственно выпуклой вверх, против действия внешней нагрузки, жестко-стержневой структуры, состоящей из новых конструктивных признаков, связанных жестко между собой и с признаками прототипа, размещенной внутри границ светопроема для восстановления функциональной целостности двухгранной полки как двухгранного свода, с последующим развитием формы основного признака, среднего криволинейного ребра 12. Высвобождаемый при образовании светопроема средний участок двухгранной полки состоит из двух граней, общая ширина которых равна 2,5 м, и ширины ребра. Материал этого ребра идет на формирование основного признака 12, среднего криволинейного ребра, восстанавливающего функциональную связь между узлами 8 монолитного сопряжения граней 7 участков двухгранной полки 6. Материал одной грани этого участка идет на формирование поперечных ребер 13, 15 с двухсторонним уклоном их верха 14, который равен уклону граней 7 двухгранной полки 6.

Эти ребра размещены по длине пролета конструкции в границах светопроема с шагом в осях их симметрии в половину ширины панели, начиная с его краев, за которые принимаются оси симметрии 16 крайних поперечных ребер 15. Материал другой грани среднего участка двухгранной полки идет на развитие основного признака, среднего криволинейного ребра 12, в верх и в ширину после его жесткого сопряжения с восходящими 17 участками сторон поперечных ребер 13 и 15 в их середине, а их нисходящих участков 18 сторон - с верхними поясами 2 ребер-диафрагм 1, обеспечивающих формирование пространственно-выпуклой жесткостержневой структуры в границах светопроема (узел 3 фиг. 9).

О выпуклости жесткостержневой структуры в границах светопроема свидетельствует то, что среднее криволинейное ребро 12 расположено выше верхних поясов 2 ребер-диафрагм 1, равноотстоит от них на величину, определяемую уклоном ребер поперечных 13 и 15, уклоном граней 7 двухгранной полки 6 и очертанием вдоль светопроема по радиусу R_о окружности. Полученная структура в результате жесткой взаимосвязи новых разноименных признаков 12 и 13, 15 между собой и с признаками прототипа 2 и 8 восстанавливает функциональную связь между верхними поясами 2 ребер-диафрагм 1 в границах светопроема посредством поперечных ребер 13, 15 с уклоном, равным уклону граней 7 двухгранной полки 6 и между узлами 8 сопряжения граней 7 краев двухгранной полки 6, разъединенных светопроемом, посредством среднего криволинейного ребра 12. При этом крайние поперечные ребра монолитно соединены по своему верху гранями 7 участков полки 6 в крайних третьих долях пролета заподлицо с их наружной поверхностью для повышения жесткости краев 16 участков двухгранной полки 6, подготавливая их к работе в качестве свода в продольном направлении панели-оболочки. Положение верха среднего криволинейного ребра 12 и ребер поперечных 13, 15 соответствует положению наружной поверхности двухгранной полки 6 прототипа. Сами ребра расположены ниже ее. Поперечные ребра 13 и 15 присоединены к среднему криволинейному ребру 12 с двух сторон жестко. Так же жестко они присоединены и к верхним поясам ребер-диафрагм. Поэтому они служат средством жесткого вертикального подкрепления для среднего криволинейного ребра 12 и жесткими связями его с этими поясами 2. Таким образом они повышают жесткость среднего криволинейного ребра 12 в плоскости и из плоскости, а верхних поясов 2 ребер-диафрагм 1 только из плоскости их работы. Повышение жесткости достигается уменьшением расчетных длин участков, расстояний между поперечными ребрами 13 и 15 не менее чем в 4 раза, что свидетельствует о возрастании жесткости среднего криволинейного ребра 12 в плоскости и из плоскости в 16 раз, а верхних поясов 2 ребер-диафрагм 1 - только из плоскости их работы в такое же количество раз по Эйлеру. Таким образом обеспечивается работоспособность среднего криволинейного ребра 12 в качестве жесткой связи между узлами 8 монолитного сопряжения граней 7 двухгранной полки 6 с подкрепляющим их ребром 9, опосредствуемое крайними поперечными ребрами 15 (см. узел 2 фиг. 8). Жесткость ребер поперечных 13, 15 из-за уменьшения длины расчетных участков в 2 раза по отношению к их первоначальной длине возросла в 4 раза. Расстояние между поперечными ребрами 13, 15 в их осях равно длинам их сторон и равно половине ширины панели-оболочки, т.е. = 1,5 м. А их габаритные размеры поперечных сечений (ширина, высота) составляют десятую часть этой величины, т.е. 15 см, следовательно, элементы структуры в продольном и поперечном направлении являются жесткими, равнопрочными, обеспечивают восстановление функциональной связи между крайними участками двухгранной полки 6 и между верхними поясами 2 ребер-диафрагм 1 в границах светопроема и создают предпосылки к дальнейшему развитию основного признака, среднего криволинейного ребра 12 из материала оставшейся грани среднего участка полки, который идет: на формирование верхней части сечения 19, удваивающей его высоту сечения по длине светопроема, с двухсторонними торцовыми напусками 20 переменной высоты на участки двухгранной полки 6 в крайних третьих долях пролета панели-оболочки для обеспечения жесткой связи с ними по их верху; на формирование верхушки 21 верхней части 19, плавно увеличивающей высоту сечения среднего ребра 12 с его верхней частью 19 к середине длины светопроема на 1/60 его длины, верх которой и верх напусков 20 очерчен по одному радиусу R₁ окружности, из одного центра: на формирование двухстороннего бокового уширения 22 верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12 с ее верхушкой 21 и торцовыми напусками 20 от их начала на участках двухгранной полки 6 к середине длины светопроема и от низа кверху, с отклонением верха боковых поверхностей 23 двухстороннего уширения наружу от вертикали на величину угла, равного углу наклона граней 7 участков двухгранной полки 6 к горизонту (см. узел 1 фиг. 6).

Реализация нового принципа распределения материала среднего участка двухгранной полки, высвобождаемого в связи с образованием светопроема, внутри его границ, обеспечила более целесообразное, рациональное и полное его использование в соответствии с природой материала двухгранной полки, бетона, и характером распределения внутренних усилий панели-оболочки под нагрузкой.

На фиг. 10 представлена развернутая схема нового узла 2, ранее представленного на фиг. 8, представляющего собой жесткое сопряжение конца среднего криволинейного ребра 12 в его развитой форме 19, 21, 22 с узлом 8 монолитного сопряжения граней 7 и подкрепляющим их ребром 9 (фиг. 6), опосредствуемого крайним поперечным ребром 15 с уклоном, равным уклону граней 7 двухгранной полки 6, а также метод определения протяженности торцовых напусков 20 верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12 вглубь участков двухгранной полки 6 для жесткого сопряжения по их верху, основанный на замене очертания верха среднего криволинейного ребра 12 соответственно очертанию свода, по параболе 3, очертанием окружности радиусом R_о, ее заменяющей, центр которой лежит на вертикальной оси симметрии панели-оболочки. На этой же оси лежит и центр окружности радиуса R₁, по которой очерчен верх торцовых напусков 20 и верхушки 21 верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12 вместе с двухсторонним боковым уширением 22 от начала напусков 20 к середине светопроема и от низа к верху. Учитывая заданность максимальной величины высоты сечения верхушки 21 в середине длины светопроема, равную 1:60 его длины, равной расстоянию между осями поперечного сечения 16 крайних поперечных ребер 15 с двухсторонним уклоном от их середины к концам, постоянство высоты сечения верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12, равной его высоте, 1/10 половины ширины панели-оболочки, находим длину торцового напуска 20 из условия совместности точки пересечения окружностей обоих радиусов (R_о и R₁) до оси симметрии за вычетом проекции половины длины светопроема "a". Для пролета панели-оболочки 18 м длина половины хорды составляющей 4,68 м, длина проекции половины светопроема - 3 м, длина напуска - 1,68 м, высота стрелки сегмента радиуса R_о - 28 см.

Буквы латинского алфавита на фиг. 10 обозначают:
a - половина хорды, стягивающей точки сегмента круга радиуса R₁, определяющей половину длины светопроема;
k - половина хорды, определяющей начало напусков 20 верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12;
(k-a) - длина проекции торцового напуска 20 поверху двухгранной полки;
d - высота сечения верхушки 21 верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12;
h_po - высота сечения среднего криволинейного ребра 12, равная h_pb - высоте верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12;
Z - разность между центрами окружностей радиусов R₀ и R₁.

Функциональное назначение верхней части сечения 19 среднего криволинейного ребра 12, удваивающей его высоту, состоит в повышении жесткости его как связи между краями участков двухгранной полки 6 в крайних третьих долях пролета и жесткости панели-оболочки в целом. Двухсторонние торцовые напуски 20 верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12 на участки двухгранной полки 6 в крайних долях пролета панели-оболочки предназначены для осуществления жесткой связи с ними по их верху вглубь участков, необходимой для полного включения возросшей части сечения среднего криволинейного ребра 12 предназначена для повышения жесткости этого ребра и панели-оболочки в целом и для создания начального эксцентриситета в 4,3 см общего продольного усилия сжатия панели-оболочки, создающего отрицательный момент в развитой форме среднего криволинейного ребра 12, 19, 21, разгружающего наружную грань от этого усилия и перераспределения его вниз. Таким образом создается предпосылка к загружению этого ребра 12, 19, 21, 22 полезной сосредоточенной нагрузкой по продольной оси светопроема. Двухстороннее боковое уширение 22 верхней части 19 с верхушкой 21 среднего криволинейного ребра 12 и напусками 20 предназначено для рационального использования оставшегося бетона с учетом удобства бетонирования ребра и концентрации материала в наиболее напряженной части поперечного сечения панели-оболочки, увеличивающей ширину поверху до 25,6 см при пролете панели-оболочки 18 м, улучшая условия приложения сосредоточенной нагрузки по продольной оси светопроема.

Таким образом, среднее криволинейное ребро 12, 19, 21, 22 оказывается связанным жестко с участками двухгранной полки 6 в крайних третьих долях пролета не только в узлах 8 сопряжения граней 7, а всесторонне: по ширине, их глубине, понизу и поверху. По ширине и понизу - через крайние поперечные ребра 15, передающие усилие на ребро 9 в узле сопряжения граней 7. Поверху - посредством напусков 20 верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12.

Железобетонная панель-оболочка на пролет работает так: при действии равномерно распределенной нагрузки поверху крайних участков двухгранной полки и сосредоточенной, приложенной непосредственно к среднему криволинейному ребру 12 в его развитой форме с верхушкой 21, верхней частью 19, двухсторонними торцовыми напусками 20, двухсторонним боковым утолщением 11 (фонарная надстройка, подвесные краны, технологические трубопроводы и т.д.) панель-оболочка прогибается относительно опор, вызывает сближение краев 16 участков двухгранной полки 6, отделенных один от другого светопроемом. Среднее криволинейное ребро 12, 19, 21, 22 препятствует этому, являясь средством жесткого взаимодействия этих участков между собой, в нем возникает продольное сжимающее усилие, которое передается на участки двухгранной полки 6 в крайних третьих долях пролета по ширине полки через ребра 15 понизу, через ребро 9 на грани 7 вдоль участков, и поверху - вглубь участков 6 через двухсторонние торцовые напуски 20 верхней части 19 среднего криволинейного ребра 12.

Среднее криволинейное ребро 12, 19, 21, 22, деформируясь под действием внешней нагрузки и под влиянием поперечных ребер 13, 15, жестко связанных с верхними поясами 2 ребер-диафрагм, воздействуют на поперечные ребра 13, 15 с уклоном, равном уклону граней 7 двухгранной полки 6, передают на них вертикальную нагрузку, которая передается от 13, 15 на верхние пояса 2 ребер-диафрагм 1 в виде вертикальной и горизонтальной составляющих, действующих всегда, независимо от времени года. При этом горизонтальная составляющая внутренних усилий невелика ввиду преобладающей жесткости среднего криволинейного ребра 12, 19, 21, 22 по отношению к жесткостям ребер поперечных 13, 15. Но она является постоянным фактором, обеспечивающим пространственность работы панели-оболочки в системе покрытия и нераскрываемость швов в ендовах, что обеспечивает долговечность решения рулонной кровли.

Жесткость поперечного сечения панели-оболочки заявленной превышает жесткость прототипа на 18%, несмотря на обеспечение светопропускной способности двухгранной полки, а жесткость поперечного сечения аналога со светопроемом [1] - в 1,8 раза. Таким образом, достигнуто повышение прочности панели-оболочки, ее жесткости и экономии дифицитной арматуры, что в аналогах со светопроемом устанавливается для усиления сжатой зоны по расчету с расходом до 120-130 кг на панель-оболочку, формированием внутри границ светопроема пространственно выпуклой жесткостержневой структуры, восстанавливающей функциональную целостность двухгранного свода посредством жесткого сопряжения между собой и с признаками прототипа новых признаков - среднего криволинейного ребра 12, очерченного по радиусу R₀ окружности, ребер поперечных 13, 15, размещенных по длине светопроема с шагом в их осях в половину ширины панели, с последующим развитием формы поперечного сечения среднего криволинейного ребра 12 вверх, выше уровня наружной поверхности прототипа (19, 21) и вширь 22, с постепенным изменением ширины от начала напусков 20 до середины пролета панели-оболочки снизу вверх, путем обеспечения ортогональности боковых поверхностей 23 уширения к уклону верха 14 поперечных ребер 13, 15 с уклоном, равным уклону граней 7 двухгранной полки 6, с созданием должных условий для приложения сосредоточенной нагрузки по продольной оси светопроема, улучшающего условия работы панели-оболочки в системе покрытия обеспечением пространственности. Малость уклона поперечных ребер обеспечивает постоянную нераскрываемость швов в ендовах, чем обеспечивается долговечность рулонной кровли. Повышение жесткости панели-оболочки создает предпосылки к расширению функциональных возможностей заявленного технического решения в интересах того производства, где оно будет применено. Тем более, что улучшились условия работы панели-оболочки на сосредоточенные нагрузки.

Список литературы:
1. Руководство по проектированию железобетонных пространственных конструкций покрытий и перекрытий /НИИЖБ, М.: С.И., 1979 - 421 с., стр. 231-233, рис. 9.3, 9.4.

2. А.с. СССР N 1270257, кл. E 04 C 2/26.

Изобретение относится к строительству, в частности к панелям-оболочкам в сборных железобетонных покрытиях. Технический результат изобретения заключается в снижении материалоемкости конструкции при одновременном повышении жесткости и несущей способности. Панель-оболочка состоит из среднего криволинейного ребра, очерченного по радиусу окружности, и поперечных ребер с двухсторонним уклоном от их середины к концам, размещенным по пролету панели, в границах светопроема. Поперечное сечение среднего криволинейного ребра состоит: из удваивающей его высоту верхней части с двухсторонними торцовыми напусками на участки двухгранной полки для жесткой связи с ними по их верху; верхушки верхней части, верх которой очерчен по тому же радиусу окружности, что и верх напусков, двухстороннего бокового уширения, верхних частей среднего криволинейного ребра, которое постепенно возрастает от начала напусков, к середине светопроема и от низа к верху. Образовавшаяся структура обеспечивает светопропускную способность двухгранной полки, восстанавливает у нее функцию двухгранного свода, повышает жесткость формы поперечного сечения панели-оболочки. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Железобетонная панель-оболочка на пролет, включающая ребра-диафрагмы сегментного очертания с верхним поясом криволинейным, стенкой, прямолинейным нижним поясом, и двухгранную полку с ребром в узле монолитного сопряжения граней, жестко соединенную по продольным краям с верхними поясами ребер-диафрагм, а торцами - с опорной частью, отличающаяся тем, что она снабжена средним криволинейным ребром, соединяющим жестко узлы монолитного сопряжения граней участков двухгранной полки, отделенных один от другого светопроемом и поперечными ребрами с уклоном, равным уклону граней двухгранной полки, примыкающими жестко с двух сторон к среднему криволинейному ребру и к верхним поясам ребер-диафрагм; при этом среднее криволинейное ребро постоянной высоты сечения очерчено по длине светопроема по радиусу R₀ окружности, а жесткое соединение его концов с узлами монолитного сопряжения граней участков двухгранной полки панели-оболочки крайними поперечными ребрами, которые жестко присоединены по своему верху к граням полки заподлицо с их наружной поверхностью и ось симметрии поперечного сечения которых принимается за край участков двухгранной полки, причем расстояние между всеми поперечными ребрами в осях их симметрии равно половине ширины панели. 2. Железобетонная панель-оболочка по п.1, отличающаяся тем, что среднее криволинейное ребро имеет верхнюю часть поперечного сечения, верх которой выступает над верхом узлов монолитного сопряжения граней участков двухгранной полки на высоту сечения основного ребра, с торцовыми напусками вглубь участков двухгранной полки для жесткой связи с ними по их верху. 3. Железобетонная панель-оболочка на пролет по п.1 или 2, отличающаяся тем, что верхняя часть поперечного сечения среднего криволинейного ребра имеет верхушку, которая обеспечивает постепенное возрастание ее высоты сечения к середине светопроема на 1/60 его длины, при этом наружная поверхность верхушки и двухсторонних торцовых напусков верхней части среднего криволинейного ребра очерчена вдоль светопроема по одному радиусу R₁ окружности, центр которой лежит на вертикальной оси поперечной симметрии панели-оболочки. 4. Железобетонная панель-оболочка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что верхняя часть сечения среднего криволинейного ребра вместе с верхушкой и напусками имеет двухстороннее плавное боковое уширение от начала напусков на участках двухгранной полки к середине светопроема при одновременном уширении от низа кверху, с отклонением верха боковых поверхностей уширения наружу от вертикали на величину угла, равного углу наклона граней участков двухгранной полки к горизонту.