МОНОЛИТНОЕ БЕТОННОЕ ЗДАНИЕ Российский патент 2001 года по МПК E04B1/16 

Изобретение относится к конструкциям зданий, возводимых из монолитного или сборно-монолитного бетона.

Известно здание, содержащее несущие стены, перегородки, перекрытия, выполненные из сборного и монолитного бетона и имеющие элементы армирования [1].

Известны здания, содержащие несущие стены и перекрытия, выполненные из монолитного бетона в скользящей опалубке, имеющие элементы армирования в виде предварительно напряженных брусков, арматурных каркасов и стержневой арматуры [2].

Наиболее близкой конструкцией является монолитное бетонное здание, включающее фундамент, колонны, стены с теплоизоляционными вкладышами, балки и плиты перекрытия, элементы армирования [3].

Недостатками известных конструкций монолитных бетонных зданий являются трудоемкость установки и демонтажа дорогостоящей опалубки, большой вес железобетона, невозможность применения конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона в перекрытиях из-за отсутствия пригодной арматуры и сложность при этой технологии получения заданных свойств для стен, перекрытий, балок, фундамента и колонн (в каркасных и смешанных системах), так как при возведении здания требуется большое количество типов материала - бетона различных марок, утеплителя различной эффективности, изоляции, элементов армирования и опалубки (металлических и неметаллических) и большие затраты на отделку после съема опалубки.

Техническая задача заключается в упрощении возведения здания за счет использования несъемной опалубки и оптимального состава бетона при обеспечении заданных свойств по несущей способности и теплозвукоизоляционным параметрам ограждающих конструкций и снижении веса и материалоемкости конструкции за счет подбора состава бетона и материала несъемной опалубки для их надежной совместной работы.

Поставленная задача решается таким образом, что монолитное бетонное здание, включающее фундамент, колонны, несущие и ненесущие стены, балки и плиты перекрытия и элементы армирования, согласно изобретению, выполнено из поризованного мелкозернистого бетона, заключенного в несъемную опалубку из асбестоцемента, при этом колонны, фундаменты и балки перекрытия выполнены из бетона объемным весом 1100-2300 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона не более 2,5, плиты перекрытия и несущие стены - из бетона объемным весом 400-1000 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона 2,5-20, ненесущие стены - из бетона объемным весом 100-350 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона более 20. При этом здание или его элементы могут быть выполнены из армированного асбестовым волокном поризованного мелкозернистого бетона, заключенного в несъемную опалубку из асбестоцемента. Кроме того, элементы армирования выполнены в виде стержневой арматуры из асбестоцемента, а перекрытия и стены снабжены жесткими связями и анкерами, выполненными из асбестоцемента, и/или дерева, и/или металла. Причем колонны и перекрытия могут быть дополнительно снабжены арматурой, соотношение модуля упругости и прочности которой к модулю упругости и прочности асбестоцемента больше 1. Фундамент здания может быть выполнен столбчатым и/или ленточным, а колонны - в виде асбестоцементных обойм замкнутого сечения, заполненных поризованным мелкозернистым бетоном. Кроме того, плиты перекрытия могут быть выполнены слоистыми с наружным слоем из бетона объемным весом 800-1600 кг/м³, а балки перекрытия выполнены слоистыми с наружными слоями из бетона объемным весом 1600-2200 кг/м³. Кроме того, несъемная опалубка балок и плит перекрытия может иметь с внутренней стороны ребра и пазы.

Предлагаемое монолитное бетонное здание отличается от известного тем, что оно выполнено из поризованного мелкозернистого бетона, заключенного в несъемную опалубку из асбестоцемента, при этом колонны, фундаменты и балки выполнены из бетона объемным весом 1100-2300 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона не более 2,5, перекрытия и несущие стены - из бетона объемным весом 400-1000 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона 2,5-20, ненесущие стены - из бетона объемным весом 100-350 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона более 20.

Достаточно прочная и жесткая несъемная асбестоцементная опалубка позволяет вести опережающий монтаж на один - два этажа, не дожидаясь достижения бетоном требуемой прочности, а в малоэтажных зданиях - вначале полностью монтировать опалубку, а потом выполнять омоноличивание. После омоноличивания опалубка склеивается с бетоном и они работают как единая конструкция, при этом опалубка выполняет роль внешней арматуры.

Мелкозернистый поризованный бетон получают из цемента, мелкого заполнителя - песка (кварцевого или пористого перлитового или др.) и порообразователя, количество которого и технология приготовления бетонной смеси определяет объем пор в бетоне и объемный вес бетона, который колеблется от 100 до 2300 кг/м³. Простой подбор состава бетонной смеси позволяет получить широкий диапазон свойств бетона и обеспечить возведение всех конструкций здания: фундамента, колонн, балок, плит перекрытий, несущих и ненесущих стен. При этом использование в качестве несъемной опалубки асбестоцементных листов, труб, коробов, профилей обеспечивает эффективную совместную работу бетона и опалубки благодаря их хорошему сцеплению, коррозионной стойкости асбеста, близким значениям усадки, ползучести и температурного расширения и влажностной деформации, а также соотношению модулей упругости материалов, бетона (E_б) 100-24500 МПа и асбестоцемента (E_а) 10000-19000 МПа. Кроме того, усадочные трещины в бетоне, образующиеся при возведении конструкции здания, преимущественно стен и перекрытий, оказываются закрытыми асбестоцементной облицовкой. Для дополнительного сцепления между бетоном и опалубкой и обеспечения жесткости при монтаже перекрытия и стены снабжают жесткими связями и анкерами, выполненными из асбестоцемента и/или дерева, и/или металла. Далее, содержание в бетоне асбестоцементных волокон обеспечивает повышение несущей способности отдельных конструкций, а именно повышение прочности на изгиб, сжатие и растяжение и снижение объемного веса до 100-150 кг/м³.

Кроме того, при необходимости устанавливают элементы связей в виде жестких профилей швеллеров, уголков или досок и армирования в виде стержней и полос из асбестоцемента или деревянного бруса. При больших нагрузках колонны и перекрытия дополнительно снабжают арматурой из материалов более прочных и жестких, чем асбестоцемент (стальной арматурой, углеродистой и др.).

При объемном весе более 1100 кг/м³ (конструкционный бетон) сцепление асбестоцемента с бетоном достаточно прочное, а отношение модулей упругости асбестоцемента к бетону (E_а/E_б) меньше 2,5, что способствует более полному включению в работу бетона. Это необходимо для сжатых элементов, например, сильно нагруженных колонн.

При объемном весе 400-1000 кг/м³ (конструкционно-теплоизоляционный бетон) и отношении E_а/E_б = 2,5-20 происходит большее включение в работу асбестоцемента. Это необходимо для изгибаемых конструкций, плит перекрытия, в которых асбестоцемент играет роль растянутой и сжатой арматуры. Для увеличения сцепления асбестоцемента с бетоном перекрытия и стены снабжены анкерами из асбестоцемента, или несъемную опалубку изготавливают с ребрами и пазами на внутренней стороне, или используют волнистый лист (шифер), а в стенах листы опалубки связями в виде швеллеров. Это обеспечивает повышение эффективности совместной работы опалубки с бетоном. Причем опалубка испытывает растягивающие напряжения выполняя функцию внешней листовой арматуры. Наличие жестких связей в виде профилей, закрепленных на опалубке, увеличивает ее жесткость и не требует установки дополнительных подпорок при укладке бетона.

При объемном весе менее 350 кг/м³ (теплоизоляционный бетон) отношение E_а/E_б больше 20, бетон плохо включается в совместную работу, сдвигающие усилия по контакту незначительны, а прочностные характеристики бетона низкие и имеют большой разброс значений, увеличиваются усадочные деформации. Поэтому сцепление асбестоцемента с бетоном носит конструктивный характер и бетон выполняет ограждающую функцию, а нагрузку воспринимает опалубка. Для предотвращения потери устойчивости опалубки асбестоцементные листы связывают анкерами или жесткими связями - профилями, которые являются также и дополнительной арматурой, и элементами жесткости.

Кроме того, выполнение арматурных элементов, жестких связей и анкеров трехслойных конструкций стен из асбестоцемента обеспечивает эффективную работу бетона с ними благодаря их хорошему сцеплению и коррозионной стойкости асбестоцемента.

Помимо этого, выполнение фундамента столбчатым или ленточным позволяет использовать в качестве несъемной опалубки асбестоцементные листы, короба, трубы и др. профили. Причем выполнение колонн в виде обойм замкнутого сечения, заполненных бетоном, позволит обеспечить заданную несущую способность и повысить жесткость конструкции.

Для увеличения пролетов изгибаемых балок и плит перекрытий верхний (сжимаемый) слой бетона изготавливают из более тяжелого плотного и жесткого бетона, а нижний слой из бетона с объемным весом 800-1600 кг/м³ и снабжается дополнительной арматурой металлической, или углеродистой или др. с соотношением модулей упругости и прочности арматуры и асбестоцемента больше 1. Или балки перекрытия выполняют с наружными внешними слоями из бетона объемным весом 1600-2200 кг/м³, что позволяет снизить вес конструкции перекрытия, повысить его прочность, жесткость и теплоизоляционные свойства.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез здания, фиг. 2 - план здания на нулевой отметке; фиг. 3 - 1-1 фиг. 2; фиг. 4 - 2-2 фиг. 2; фиг. 5 - 3-3 фиг. 2; фиг. 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 - фрагменты элементов здания - варианты выполнения армирования; фиг. 13 - вариант выполнения перекрытия; фиг. 14 - 1-1 фиг. 13.

Здание состоит из фундамента 1, колонн 2, стен 3, плит перекрытий 4 и балок 5, которые выполнены из поризованного мелкозернистого бетона 6, заключенного в несъемную асбестоцементную опалубку 7 в виде асбоцементных листов (АЦЛ), труб (АЦТ), коробов (АЦК) или профилей (АЦФ). Стены и перекрытия снабжены жесткими связями в виде фасонных швеллеров 8, уголков 9 и досок 10, а также гибкой арматурой в виде стержней 11 и полос 12. Стены 3 и плиты перекрытия 4 снабжены анкерами 13. Колонны 2, балки 5 и плиты 4 могут быть армированы дополнительно металлической, углеродистой или др. арматурой 14. При этом перекрытия выполнены слоистыми с наружными слоями 15 и 16 из более плотного бетона, чем средний.

Варианты выполнения армирования представлены на фиг. 6, 7, 8, 9, 10, где на фиг. 6 - вариант армирования балки перекрытия гибкой арматурой в виде стержней 11 и полос 12; фиг. 7 - вариант армирования плиты перекрытия жесткими связями в виде фасонных швеллеров 8, уголков 9 и досок 10; фиг. 8 - вариант выполнения стен с жесткими связями, фиг. 9 - вариант армирования плиты перекрытия с жесткими связям в виде досок 10 и дополнительной арматурой 14; фиг. 10 - вариант армирования колонны с асбестоцементной арматурой в виде полос 12 и дополнительной арматурой 14, фиг. 11 - вариант армирования плиты перекрытия с анкерами 13 из асбестоцементных полос, фиг. 12 - вариант армирования стены с анкерами 13 в виде стержней.

В зависимости от конструкции вертикальных несущих элементов конструктивная система здания принята пластинчато-стержневой.

Конструктивная система, определяемая взаимным расположением вертикальных несущих конструкций, является перекрестной с несущими колоннами.

Здание возводят следующим образом.

Предусматриваются два варианта облегченного фундамента ленточного (фиг. 3) и столбчатого - в виде буронабивной сваи (фиг. 4) и стаканного типа (фиг. 5), которые возводят путем заполнения поризованным мелкозернистым бетоном объемным весом 1100-2300 кг/м³ опалубки 7, выполненной из АЦЛ, АЦТ, АЦФ или АЦК. Колонны устанавливают в местах пересечения несущих стен и посередине пролета. По верху колонны 2 объединяют балками 5 перекрытия. Балки 5 выполняют из асбестоцементного короба АЦК или лотка и бетона объемным весом 1100-2300 кг/м³, армированного асбестовым волокном.

Несущие колонны выполняют путем установки опалубки 7 - обоймы замкнутого сечения, например АЦТ или АЦК, или АЦФ - (спаренных уголков и швеллеров) и заполнения конструкционным бетоном с объемным весом 1100-2300 кг/м³ или бетоном, содержащим 5-20% фибры из асбестовых волокон. Колонны дополнительно могут быть армированы жесткой фасонной и гибкой стержневой арматурой из асбестоцемента и дополнительной арматурой из металла и др. материалов, более жестких и прочных, чем асбестоцемент.

В соответствии с габаритами пролета и нагрузкой в перекрытиях предусматривается использование конструкционно-теплоизоляционного бетона с объемным весом 400-1000 кг/м³, наружной несъемной опалубки 7 из АЦЛ, внутренней арматуры - стержневой асбестоцементной 11 и связей в виде уголков 8, швеллеров 9 и досок 10 из АЦФ, а также в виде фибры из асбестовых волокон. При использовании дополнительной металлической арматуры защитный слой вокруг нее выполняют из более плотного бетона с объемным весом 800-1600 кг/м³ с образованием наружного слоя 15.

Плиты 4 перекрытия монтируют на балки 5, которые могут быть выполнены из АЦК, АЦФ, снабженных внутренними ребрами и пазами, в которые укладывают дополнительную стальную арматуру 14. При этом бетонирование балок осуществляют послойно с укладкой наружных слоев 15 и 16 из бетона объемным весом, превышающим объемный вес среднего слоя в пределах 1600-2200 кг/м³ (см. фиг. 13, 14).

В несущих стенах предусмотрено использование конструкционно-теплоизоляционного бетона с объемным весом 400-1000 кг/м³ с арматурой внешней опалубочных листов из АЦЛ и внутренней - жестких связей АЦФ. В ненесущих стенах и перегородках используют теплоизоляционный бетон с объемным весом 100-350 кг/м³ с внешним армированием опалубочными листами АЦЛ и внутренним из жестких связей. Для отвода излишков воды в стенах предусмотрены каналы. Внешние листы опалубки скрепляются в точках анкерами 13 из асбестоцементных стержней. Проемы под окна и двери обрамляются асбестоцементным профилем и наличниками.

Отделку внутренних поверхностей стен и потолков осуществляют путем заделки швов между листами АЦЛ шпаклевкой или специальными пластмассовыми вставками. Стены и потолки красят водоэмульсионными красками, покрывают набрызгом фактурным слоем с оптическим эффектом или на них наклеивают обои.

Наружные поверхности стен покрывают набрызгом дышащими тонкими гидрофобными фактурными смесями с оптическим эффектом.

Полы по асбестоцементному листу покрывают линолеумом, ковролином, паркетом или плиткой.

Источники информации
1. SU Авт. св. N 687200, кл. E 04 B 1/00, 1977 г.

2. SU Авт. св. N 1408034, кл. E 04 B 1/16, БИ N 25, 1988.

3. GB 1527250 A, кл. E 04 B 1/16, 04.10.1978 (прототип).

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для монолитного возведения зданий. Монолитное бетонное здание включает фундамент, колонны, несущие и ненесущие стены, балки и плиты перекрытия, жестко соединенные между собой и содержащие элементы армирования. Элементы здания выполнены из поризованного мелкозернистого бетона, заключенного в несъемную опалубку из асбестоцемента, при этом колонны, фундаменты и балки перекрытия выполнены из бетона объемным весом 1100-2300 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона не более 2,5, плиты перекрытия и несущие стены - из бетона объемным весом 400-1000 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона 2,5-20, стены - из бетона объемным весом 100-350 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона более 20. Бетон армирован асбестовыми волокнами. Технический результат изобретения заключается в упрощении возведения здания, снижении веса и материалоемкости конструкции. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Монолитное бетонное здание, включающее фундамент, колонны, несущие и несущие стены, балки и плиты перекрытия и элементы армирования, отличающееся тем, что здание выполнено из поризованного мелкозернистого бетона, заключенного в несъемную опалубку из асбестоцемента, при этом колонны, фундаменты и балки перекрытия выполнены из бетона объемным весом 1100 - 2300 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона не более 2,5, плиты перекрытия и несущие стены - из бетона объемным весом 400 - 1000 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона 2,5 - 20, несущие стены - из бетона объемным весом 100 - 350 кг/м³ при соотношении модулей упругости асбестоцемента и бетона более 20. 2. Здание по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено из армированного асбестовым волокном поризованного мелкозернистого бетона, заключенного в несъемную опалубку из асбестоцемента. 3. Здание по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что элементы армирования выполнены в виде стержневой арматуры из асбестоцемента. 4. Здание по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что перекрытия и стены снабжены жесткими связями и анкерами, выполненными из асбестоцемента, и/или дерева, и/или металла. 5. Здание по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что колонны и перекрытия дополнительно снабжены арматурой, соотношение модуля упругости и прочности которой к модулю упругости и прочности асбестоцемента больше 1. 6. Здание по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что фундамент выполнен столбчатым и/или ленточным. 7. Здание по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что колонны выполнены в виде асбестоцементных обойм замкнутого сечения, заполненных поризованным мелкозернистым бетоном. 8. Здание по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что плиты перекрытия выполнены слоистыми с наружным слоем из бетона объемным весом 800 - 1600 кг/м³. 9. Здание по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что балки перекрытия выполнены слоистыми с наружными слоями из бетона объемным весом 1600 - 2200 кг/м³. 10. Здание по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что несъемная опалубка балок и плит перекрытия с внутренней стороны имеет ребра и пазы.