УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПАНЕЛЕЙ ПЕРЕКРЫТИЯ Российский патент 2010 года по МПК E04G23/02 

Изобретение относится к области строительства и касается усиления железобетонных панелей перекрытия, поврежденных вследствие различных причин, в том числе пораженных огнем в условиях пожара или аварии.

Во время огневого воздействия железобетонные панели перекрытия нагреваются снизу. Максимальные температуры нагрева (800±200)°С наблюдаются на обогреваемой поверхности панели и на глубине до 10-20 мм. Бетон и арматура в сжатой зоне сечения панели прогреваются медленнее и незначительно. К повреждениям панелей огнем относят хаотичное расположение поверхностных термоусадочных трещин, разрушение части сечения панели, прогретой выше критической температуры нагрева (600±50)°С, растрескивание бетона, отслоение защитного слоя бетона, изменение механических свойств прогретой арматуры.

Возможны и более тяжелые термосиловые повреждения многопустотных панелей: продольные и косые трещины шириной 3÷10 мм в стенках, разделяющих пустотные каналы. Вследствие этого происходит существенное снижение прочности и жесткости многопустотных панелей.

Изобретение предназначено для восстановления основных эксплуатационных характеристик (несущей способности и огнестойкости) железобетонных панелей перекрытия.

Известно устройство для усиления поврежденной огнем панели перекрытия, состоящее из дополнительной арматуры в виде отдельных арматурных стержней или гнутых сеток, нанизанных на стержни существующей арматуры / Пат. 2119023 RU, МПК-6 Е04С 5/08. Арматурное изделие / Ильин Н.А. заявка №96115626/03 от 26.07.96, опубл. 20.09.98, Бюл. №26/ [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства для усиления поврежденных многопустотных панелей перекрытия, относится то, что дополнительная арматура усиления выполнена дискретно в виде ряда арматурных элементов, которые расположены в плоскости существующей сетки снизу панели. Следовательно, известное устройство не рационально для усиления многопустотных панелей, не экономично и трудоемко.

Известно устройство для усиления железобетонных панелей перекрытия в виде подведенной снизу упруго-балочного разгружающего железобетонного элемента конструкции, который прикреплен охватывающими хомутами к колоннам каркаса здания и имеет в середине пролета подпирающий упор. Подведенные балки отстоят от усиливаемого элемента на расстоянии 50-150 мм для удобства их бетонирования; подпирающие упоры выполняют после распалубки элемента усиления и его упругой осадки под влиянием собственного веса, представляя собой простую подбетонку фиксированного места собственно упругой опоры (или нескольких опор) /Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений./ - Л. - М.: Стройиздат, 1965, - 342 с. (см. с.90-91, рис.33 а)/[2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства для усиления железобетонных панелей перекрытия, относится то, что при выполнении обхвата колонн здания прикрепляющими хомутами скалывают защитный слой бетона и оголяют рабочую арматуру колонн, к которой приваривают охватывающие стержни арматуры подводимых балок; это приводит к возникновению ударных нагрузок на сооружение; бетонирование оголенных колонн и дополнительной железобетонной балки усиления увеличивает сроки возведения устройства усиления, снижая полезную высоту помещений; элементы усиления имеют ненадежную связь с усиляемыми панелями перекрытия; невозможно регулирование величины разгружения усиляемых панелей перекрытия.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по совокупности признаков является устройство для усиления железобетонных панелей перекрытия, включающее в себя дополнительно подведенные стальные поперечные балки с изменением расчетной схемы панелей, ширина балочек принята до 100 мм, а высота 1:10-1:12 пролета/ Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений НИИСК - М.: Стройиздат, 1989, 105 с (см. с.28, п.4.30, рис.2д; с.35, п.4.35) /[3], принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства усиления железобетонных панелей перекрытия, принятого за прототип, относится то, что пробивание дыр и отверстий на приопорных участках железобетонных панелей перекрытия для установки на верхних полках панелей опорных элементов усиления приводит к возникновению ударных нагрузок и к ослаблению конструкций, которые могут привести их к внезапному разрушению; установка элементов усиления сверху панелей снижает полезную площадь перекрытия, увеличивает рабочие габариты по высоте, создает неудобства при дальнейшей эксплуатации помещений, обслуживаемых напольным транспортом или авто; конструкции стальных поперечных балок усиления имеют ненадежную связь по ширине усиляемых панелей и требуют большого расхода строительной стали; дополнительная заделка бетоном дыр и отверстий в усиляемых панелях перекрытия увеличивает сроки возведения устройства усиления и расход бетона; использование стальных балок усиления без огнезащиты существенно снижает фактическую огнестойкость несущих балок перекрытия.

Следовательно, восстановление основных эксплуатационных характеристик (несущей способности и огнестойкости) панелей перекрытия известным устройством усиления не рационально и не качественно.

Сущность изобретения заключается в следующем:

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в рациональном устройстве конструкции усиления, в более экономичном восстановлении их основных эксплуатационных характеристик, в сокращении объема аварийно-восстановительных работ, в снижении расхода металла на дополнительные поперечные балки усиления.

Технический результат - качественное восстановление основных эксплуатационных характеристик усиливаемых железобетонных панелей перекрытия с помощью дополнительно подведенных упруго-опорных поперечных балочных конструкций;

в результате использования предложенного устройства возможно:

значительное повышение прочности и жесткости панелей перекрытия;

существенное увеличение фактической огнестойкости панелей по признаку потери несущей способности в условиях пожара;

повышение безопасности состояния поврежденных панелей в процессе проведения аварийно-восстановительных работ; создание надежной связи усиляемых панелей и сочленяющихся элементов устройства усиления; исключение необходимости пробивки сквозных дыр и отверстий на приопорных участках железобетонных панелей перекрытия для установки по верху панелей опорных элементов усиления; плавное разгружение сильно поврежденных панелей перекрытия; регулирование величины разгружения усиляемых панелей перекрытий; устройство усиления просто в проектировании и конструктировании, экономично в его выполнении при незначительном стеснении рабочих габаритов по высоте.

Указанный технический результат при использовании изобретения достигается тем, что в известном устройстве для усиления железобетонных панелей перекрытия, включающем в себя дополнительно подведенные стальные поперечные балки, особенностью является то, что поперечные балки усиления оперты на нижние полки продольных балок каркаса здания, при этом поперечные балки подведены снизу усиляемых панелей перекрытия с зазором между верхом поперечных балок и низом усиляемых панелей перекрытия, поперечные балки оборудованы винтовыми распорными приспособлениями, которые установлены в зазоре между поперечными балками и панелями перекрытия; после введения распорных приспособлений в работу распределительные упорные пластины и поперечные балки усиления соединяют между собой отрезками уголков или пластин; зазор между панелями перекрытия и поперечными балками заполнен конструктивным бетоном усиления в виде бетонной шпонки с косвенным армированием; полки и ребра стальных балок усиления покрыты защитными материалами требуемой толщины из условия огнестойкости балок перекрытия как несущих элементов здания.

Следующей особенностью является то, что размеры сечения стального прокатного профиля поперечной балки приняты из условий расчета несущей способности устройства для усиления в процессе его монтажа.

Размеры сечения железобетонной поперечной балки со стальным прокатным профилем, используемым в качестве жесткой арматуры, приняты из условий расчета несущей способности устройства для усиления панелей перекрытия.

Винтовое распорное приспособление включает верхнюю полку стального прокатного профиля в качестве опорного столика, распределительные пластины, распорные шпильки/болты-шпильки, упорные гайки, шайбы и контргайки.

Размеры шпильки/болта-шпильки и упорных гаек распорного приспособления приняты из условия работы сжатого стального стержня на проектную нагрузку усиления.

Распорные приспособления установлены по ширине нижней полки каждой панели перекрытия не менее чем в двух точках.

Распределительные пластины распорного приспособления приняты разрезными для каждой усиливаемой панели перекрытия или цельными по ширине нескольких усиливаемых панелей перекрытия.

Распределительные пластины распорного приспособления под каждую усиливаемую панель перекрытия приняты цельными или составными по ширине пластины.

Зазор между верхней полкой стальных поперечных балок и низом усиливаемых панелей перекрытия принят высотой не менее 50 мм.

Зазор между панелями перекрытия и стальными поперечными балками в виде шпонки усиления заполнен конструктивным бетоном классом по прочности на сжатие не ниже класса бетона усиливаемых железобетонных панелей перекрытия.

Шпонка из конструктивного бетона усиления имеет косвенное армирование в виде сварных гнутых сеток или гнутых сеток «зигзаг» с выступами за боковые грани бетонной шпонки для последующего крепления обмотки из проволоки или сетки и нанесения на нее заданной толщины огнезащитного материала.

В качестве огнезащитных материалов для облицовки стальных балок применены теплоизоляционные бетоны, минвата, кирпичи и штукатурка по арматурной сетке.

Сетки косвенного армирования бетона шпонки усиления выполнены из стали классов А240 (A-I) ⌀ (6÷14) мм; A300 (A-II) ⌀ (10÷14) мм; А400 (A-III) ⌀ (6÷8) мм или стали класса Вр-I ⌀ (3÷5) мм.

Диаметры шпилек и болтов-шпилек распорного приспособления и их количество приняты по расчету несущей способности стальных сжатых элементов в зависимости от величины разгружения панелей перекрытия.

Распорные болты-шпильки сочленены с упорной пластиной неразрезным сварным соединением. Распорные шпильки сочленены с упорной пластиной, оборудованной гнездом, резьбовым неподвижным шпилечным соединением.

Сочленяющиеся с панелями перекрытия поверхности распределительных стальных пластин, подвергнутые огневой обработке горелками, утоплены «в сок» пластичного цементно-песчаного раствора состава 1:3 с выжиманием.

Высота сварного шва, соединяющая элементы устройства для усиления, принята по расчету на изгиб и срез, но не менее 6 мм.

После введения в работу распорного приспособления опорный столик и элементы распределительных пластин его соединены в середине длины распределительных пластин металлической пластиной или отрезком уголка.

Класс дополнительно уложенного бетона по прочности на сжатие принимают равным классу усиляемых панелей перекрытия, но не менее В 15.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом работы заключается в следующем.

Использование предлагаемого устройства для усиления дает возможность повысить в 4÷8 раз несущую способность и в 3÷5 раз фактический предел огнестойкости по признаку потери несущей способности усиляемых железобетонных панелей перекрытия;

плавное разгружение поврежденных панелей с использованием винтовых распорных приспособлений исключает возникновение ударных нагрузок и механических воздействий - это повышает безопасность состояния поврежденных конструкций в процессе проведения аварийно-восстановительных работ;

введение в работу распорных приспособлений устройства усиления и косвенно армированных бетонных шпонок надежно связывают между собой усиляемые панели и упруго-опорную конструкцию усиления;

опирание стальных поперечных балок устройства усиления на продольные балки каркаса здания исключает необходимость пробивания сквозных дыр и отверстий в панелях перекрытия;

заполнение конструктивным бетоном зазора между стальной поперечной балкой усиления и усиляемыми панелями перекрытия превращает металлическую балку усиления в железобетонную конструкцию с жесткой арматурой;

регулирование величины разгружения панелей перекрытия позволяет более качественное восстановление эксплуатационных характеристик (несущей способности и огнестойкости) усиляемых железобетонных панелей с помощью дополнительно подведенных поперечных балок.

На фиг.1 изображен узел опирания стальной поперечной балки, подведенной снизу железобетонных панелей перекрытия, с продольной балкой каркаса здания (разрез 1-1 на фиг.2):

1 - усиляемая панель перекрытия; 2 - элементы распределительной пластины; 3 - упорная пластина; 4 - шпильки/болты - шпильки с упорной резьбой; 5 - стальная поперечная балка усиления; 6 - стальная продольная балка перекрытия; 7 - гайка высокая упорная с шайбой; 8 - контргайка; 9 - отрезок уголка, пластины; 10 - шпонка бетонная; 11 - косвенная арматура.

На фиг.2 и 3 изображен схематический сборочный чертеж усиления железобетонных плит перекрытия подведением поперечной балки в виде упругой опоры (разрезы 2-2 и 3-3): 1 - усиляемая панель перекрытия; 2 - элементы распределительной пластины; 3 - упорная пластина; 4 - шпильки/болты - шпильки с упорной резьбой; 5 - стальная поперечная балка усиления; 6 - стальная продольная балка перекрытия; 9 - отрезок уголка.

На фиг.4-6 изображена схема стальной поперечной балки устройства усиления в виде прокатного двутавра (разрезы 4-4; 5-5 и 6-6).

На фиг.7 изображено упорное приспособление упруго-опорной конструкции усиления: 3 - упорная пластина; 4 - шпильки/болты - шпильки с упорной резьбой; 5 - стальная поперечная балка усиления; 7 - гайка высокая упорная с шайбой; 8 - контргайка; 9 - отрезок уголка.

На фиг.8 изображена сетка «зигзаг» для косвенного армирования бетона шпонки: 11 - косвенная арматура.

Сведения, подтверждающие возможность применения изобретения с получением указанного выше технического результата.

Осмотром участка здания площадью 100 м², поврежденного кратковременным (0,3÷0,5 час) воздействием высоких температур (800±50)°С, установлено, что подлежащие усилению панели перекрытия состоят из многопустотных железобетонных панелей пролетом 7,2 м, шириной 1,2 и 1,5 м; высота поперечного сечения панелей 220 мм.

Устройство усиления для группы поврежденных панелей запроектировано в плане участка здания в виде двух дополнительно подведенных под железобетонные панели поперечных балок с несущим металлическим стержнем в виде двутавров №18 (b×h×d×δ=180×90×5,1×8,1мм). Поперечные балки усиления оперты на нижние полки продольных двутавров №30 Ш1 (b×h×d×δ=291×135×6,5×10,2 мм) с зазором Z=100 мм до низа панелей.

Пространство между верхней полкой стальной поперечной балки усиления 5 и низом усиляемых панелей перекрытия 1 в виде шпонки заполнено бетоном класса В30 по прочности на сжатие; шпонка бетонная 10 усилена косвенной арматурой 11 в виде гнутых сеток «зигзаг»: класс арматуры Вр-I ⌀ 5 мм; длина сеток 1,2 и 1,5 м, шаг ветвей 50÷80 мм. Натяжное приспособление включает опорный столик (верхняя полка поперечной балки) с отверстиями ⌀ 20 мм; е=50 мм; парные упорные элементы распределительной пластины 2 длиной 800 и 1000 мм, толщиной 20 мм установлены под каждую усиляемую панель перекрытия 1 шириной 1,2 и 1,5 м, распорные болты - шпильки с упорной резьбой 4 ⌀ 16 мм, с гайкой высокой упорной 7 D=40 мм, h=22 мм, с шайбой толщиной S=3 мм, D_ш=44 мм; с контргайкой 8 D₁=40 мм, h₁=12 мм. Устройство предусматривается к внедрению в ЗАО «Аверс» (Самара, 2008 г). Источники информации

1. Ильин Я.А.Патент 2119023 RU, МПК-6 Е04С 5/08. Арматурное изделие / Ильин Н.А., заявка №96115626/03, от 26.07.96, опубл. 20.09.98, Бюл. №26.

2. Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений./Н.М.Онуфриев. - Л. - М.: Стройиздат, 1965, 342 с (см. с.90-91, рис.33 а).

3. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений/НИИСК - М.: Стройиздат, 1989, 105 с. (см. с.28, п.4.30, рис.2д; с.35, п.4.35).

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству для усиления железобетонных панелей перекрытия. Технический результат заключается в восстановлении основных эксплуатационных качеств усиливаемых панелей, повышении безопасности состояния поврежденных панелей в процессе проведения аварийно-восстановительных работ, создании надежной связи усиляемых панелей и сочленяющихся элементов устройства усиления, исключении необходимости пробивки сквозных дыр и отверстий на приопорных участках панелей, плавном разгружении сильно поврежденных панелей и регулировании степени разгружения усиляемых панелей. Устройство включает дополнительно подведенные стальные поперечные балки, опертые на нижние полки продольных балок каркаса здания. Поперечные балки подведены снизу усиляемых панелей с зазором между верхом поперечных балок и низом усиляемых панелей. Поперечные балки оборудованы винтовыми распорными приспособлениями, которые установлены в зазоре. После введения распорных приспособлений в работу распределительные упорные пластины и поперечные балки соединяют между собой отрезками уголков или пластин. Зазор заполнен конструктивным бетоном усиления в виде бетонной шпонки с косвенным армированием. Полки и ребра стальных балок усиления покрыты защитными материалами требуемой толщины из условия огнестойкости балок перекрытия как несущих элементов здания. 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для усиления железобетонных панелей перекрытия, включающее в себя дополнительно подведенные стальные поперечные балки, отличающееся тем, что поперечные балки усиления оперты на нижние полки продольных балок каркаса здания, при этом поперечные балки подведены снизу усиляемых панелей перекрытия с зазором между верхом поперечных балок и низом усиляемых панелей перекрытия, поперечные балки оборудованы винтовыми распорными приспособлениями, которые установлены в зазоре между поперечными балками и панелями перекрытия; после введения распорных приспособлений в работу распределительные упорные пластины и поперечные балки усиления соединяют между собой отрезками уголков или пластин; зазор между панелями перекрытия и поперечными балками заполнен конструктивным бетоном усиления в виде бетонной шпонки с косвенным армированием; полки и ребра стальных балок усиления покрыты защитными материалами требуемой толщины из условия огнестойкости балок перекрытия как несущих элементов здания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размеры сечения стального прокатного профиля поперечной балки приняты из условий расчета несущей способности устройства для усиления в процессе его монтажа.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размеры сечения железобетонной поперечной балки со стальным прокатным профилем, используемым в качестве жесткой арматуры, приняты из условий расчета несущей способности устройства для усиления панелей перекрытия.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что винтовое распорное приспособление включает верхнюю полку стального прокатного профиля в качестве опорного столика, распределительные пластины, распорные шпильки/болты-шпильки, упорные гайки, шайбы и контргайки.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размеры шпильки/болта-шпильки и упорных гаек распорного приспособления приняты из условия работы сжатого стального стержня на проектную нагрузку усиления.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распорные приспособления установлены по ширине нижней полки каждой панели перекрытия не менее чем в двух точках.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределительные пластины распорного приспособления приняты разрезными для каждой усиливаемой панели перекрытия или цельными по ширине нескольких усиливаемых панелей перекрытия.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределительные пластины распорного приспособления под каждую усиливаемую панель перекрытия приняты цельными или составными по ширине пластины.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зазор между верхней полкой стальных поперечных балок и низом усиливаемых панелей перекрытия принят высотой не менее 50 мм.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зазор между панелями перекрытия и стальными поперечными балками в виде шпонки усиления заполнен конструктивным бетоном класса по прочности на сжатие не ниже класса бетона усиливаемых железобетонных панелей перекрытия.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шпонка из конструктивного бетона усиления имеет косвенное армирование в виде сварных гнутых сеток или гнутых сеток «зигзаг» с выступами за боковые грани бетонной шпонки для последующего крепления обмотки из проволоки или сетки и нанесения на нее заданной толщины огнезащитного материала.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве огнезащитных материалов для облицовки стальных балок применены теплоизоляционные бетоны, минвата, кирпичи и штукатурка по арматурной сетке.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сетки косвенного армирования бетона шпонки усиления выполнены из стали классов А240 (A-I) ⌀ (6÷14) мм; А300 (A-II) ⌀ (10÷14) мм; А400 (А-III) ⌀ (6÷8) мм или стали класса Вр-I ⌀ (3÷5) мм.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметры шпилек и болтов-шпилек распорного приспособления и их количество приняты по расчету несущей способности стальных сжатых элементов в зависимости от величины разгружения панелей перекрытия.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распорные болты-шпильки сочленены с упорной пластиной неразрезным сварным соединением.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распорные шпильки сочленены с упорной пластиной, оборудованной гнездом, резьбовым неподвижным шпилечным соединением.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сочленяющиеся с панелями перекрытия поверхности распределительных стальных пластин, подвергнутые огневой обработке горелками, утоплены «в сок» пластичного цементно-песчаного раствора состава 1:3 с выжиманием.

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота сварного шва, соединяющая элементы устройства для усиления, принята по расчету на изгиб и срез, но не менее 6 мм.

19. Устройство по п.4, отличающееся тем, что после введения в работу распорного приспособления опорный столик и элементы распределительных пластин его соединены в середине длины распределительных пластин металлической пластиной или отрезком уголка.

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что класс дополнительно уложенного бетона по прочности на сжатие принимают равным классу усиляемых панелей перекрытия, но не менее В 15.