Покрытие здания Советский патент 1993 года по МПК E04B5/00 E04B5/08 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении гражданских и промышленных зданий и сооружений.

Известны большепролетные сборные покрытия зданий, работающие по схеме простой балки. Например, самые эффективные из них, состоящие из плит короткого железобетонного свода (КЖС), которые включают два продольных ребра и пологую цилиндрическую оболочку. Ребра - переменной по длине высоты, с наружной стороны имеют соединения в виде шпонок.

Недостатками данного покрытия являются значительная металлоемкость и повышенные приведенные затраты, связанные с использованием в плитах криволинейных элементов и выполнением покрытия переменной высоты.

Известны также работающие по балочной, но двухпролетной схеме покрытия здания, состоящие из неразрезанных плит. Продольные ребра, расположенные в плоскости изгиба, имеют высоту в 1,5-2 раза большую поперечных. Для создания нэраз- резности смежных торцами плит, продольную арматуру плит соединяют арматурными коротышами или накладками на сварке. Зазоры между торцами плит заполняют бетоном на мелком заполнителе.

К недостаткам этого покрытия относятся повышенная материалоемкость всей системы покрытия и в целом по зданию, с учетом использования промежуточных опор (ферм), повышенные приведенные затраты, включающие в себя стоимость трудозатрат при монтаже покрытия, при котором необходима укрупнительная сборка плит посредством сварки и заполнения поперечных швов бетоном.

Известны перекрытия, состоящие из многопустотных плит, собранных в блок,

V4 О

СЛ v4 Ю

опертый по контуру. Вдоль плит, на смежных боковых гранях, выполнены шпоночные поверхности, позволяющие при замоноли- чивании перекрытия получить бетонную шпонку. Такая шарнирная связь, не препят- ствующая повороту сборных плит, обеспечивает их совместное перемещение по вертикали. Для этих перекрытий характерна пространственная работа преимущественно за счет эффективного сопротивления плит кручению вследствие замкнутости профиля поперечного сечения. Эпюра крутящих моментов изменяется вдоль плит от нуля в середине пролета до максимума в торцевых зонах плит, требуя в этих зонах соответствующего армирования, а в углах перекрытия - анкеровки плит от подъема. Крутящие моменты увеличивают давление плит на торцевые опоры. При возрастании пролета плит, значение параметром, опре- деляемых кручением, увеличивается.

Подобное перекрытие может быть использовано в качестве покрытия, но ему присущ существенный недостаток, связанный с необходимостью закрепления углов от подъема на действие максимальных крутящих моментов. Для большепролетных покрытий закрепление углов от подъема становится, практически, технически неосуществимым,

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому покрытию является перекрытие, включающее опирающиеся на колонны крайние и средние сборные железобетонные плиты с продольными и поперечными контурными и промежуточными ребрами, соединенные между собой бетонными шпонками. Опирание перекрытия на колонны осуществляется по торцам плит через промежуточные опорные элементы- ригели и предполагает, таким образом, работу настила по балочной схеме. Основными несущими элементами плит являются продольные ребра, которые в составе поперечных тавровых сечений плит, с полкой в сжатой зоне, обеспечивают несущую способность на изгиб в плоскости ее пролета. В продольных ребрах сосредоточена практически вся рабочая арматура плиты. Поперечные ребра имеют меньшую высоту, по отношению к продольным, и предназначены, как по высоте поперечных сечений, так и по их армированию, к обеспечению работы плит на местный изгиб, развивающийся в пределах ширины плит, в плоскости поперечных ребер.

Конструктивное решение перекрытия и отдельных его элементов исключает эффективную работу системы по двум направле- ниям в плане и делает, поэтому,

нецелесообразным опирание его по контуРУОриентация же конструкции лишь на балочную схему работы приводит, для большепролетных перекрытий, к значительному расходу материалов - арматуры и бетона, ограничивая рациональное использование таких перекрытий пролетами не более 12 м.

Цель изобретения - снижение металлоемкости покрытия и каркаса здания при обеспечении большепролетное™ покрытия.

Конструкция покрытия, состоящая из сетчато-ребристых плит - крайних и средних, представлена на фиг. 1-14.

На фиг. 1 изображено покрытие в целом с опорным контуром; на фиг. 2 - общий вид средней плиты покрытия (без кровельного настила); на фиг. 3 - вид боковой поверхности средней плиты с локальным выступом; на фиг. 4 - вид боковой средней плиты с пазом под выступ; на фиг. 5 - продольный разрез средней плиты; на фиг. 6 - поперечный разрез средней плиты; на фиг. 7 - общий вид крайней плиты покрытия (без кровельного настила); на фиг. 8 - вид боковой поверхности крайней плиты с локальным выступом; на фиг. 9 - вид боковой поверхности крайней плиты без пазов или выступов; на фиг. 10 - продольный разрез крайней плиты; на фиг. 11 - поперечный разрез крайней плиты; на фиг. 12 - узел сопряжения двух смежных плит покрытия в середине пролета; на фиг. 13 - вариант поперечного сечения плиты покрытия с использованием профилированного настила; на фиг. 14 - вариант поперечного сечения плиты покрытия с тонкой железобетонной полкой.

На иллюстрациях замаркированы элементы; 1 - крайняя сетчато-ребристая плита блок-ячейки, 2 - средняя сетчато-ребристая плита блок-ячейки, 3 - колонна под ферму, 4 - колонна, непосредственно контактирующая с крайней плитой, 5 - стропильная ферма, 6 - водоотводящие воронки, 7 - желоб, 8 - железобетонный каркас плиты, 9 - паз, 10 - шпоночная поверхность, 11 - выступ, 12 - вуты, 13 - бетон замоноличивания на расширяющемся цементе, 14 - рулонная кровля, 15-утеплитель, 16-профилированный настил, 17 - подвески для технологического оборудования, 18 - тонкая железобетонная полка, 19 - зона усиленного армирования.

Поставленная изобретением цель достигается тем, что предложенная конструкция покрытия предусматривает опирание его по контуру при эффективной работе настила по двум направлениям в плане, исключающей необходимость устройства в

углах ячейки покрытия каких-либо анкерных закреплений. Основные особенности покрытия, обеспечивающие его эффективность, составляют комплекс конструктивных признаков, характеризующийся существенной новизной.

Первое - поперечные и продольные ребра плит покрытия выполняются одной высоты, равной высоте плиты, образуя сетчато-ребристый железобетонный каркас

8 из керамзитобетона су 1800 кг/м3, имеющий относительно небольшую пространственную жесткость на кручение (профиль поперечного сечения плит - открытый) при относительно большой жесткости на изгиб по двум направлениям в плане.

Второе - создавая, в продолжение пункта 1, высокую двухосную жесткость настила на изгиб, рабочую арматуру плит распределяют между продольными и попе- речными ребрами в таком соотношении, что суммарное сечение рабочей арматуры поперечных ребер каждой плиты, отнесенное к единице ее длины, принимается не менее суммарного сечения рабочей арматуры про- дольных ребер, отнесенного к единице ширины плиты.

Третье - за счет соответствующей конфигурации профиля боковой поверхности контурных продольных ребер плит -1,2- фиг. 1, по линиям их стыка в покрытии, обеспечивается совместная работа элементов покрытия как в период монтажа, так и в процессе их эксплуатации.

За счет локальных выступов 11 и пазов

9 по боковым граням смежных контурных продольных ребер, размещенных в средней части пролета этих ребер, симметрично относительно середины пролета - фиг. 2, 3, 4, 6, обеспечивается опирание, по боковым продольным граням - фиг. 12, каждой последующей монтажной единицы покрытия на ранее установленную, что предопределяет совместную работу элементов системы по двум направлениям в плане на монтаж- ные нагрузки, при опирании конструкции покрытия по контуру. За счет тех же выступов и пазов, а также шпоночной связи 10 на остальных участках стыка смежных плит в покрытии, обеспечивается пространствен- ное напряженное состояние покрытия и в процессе эксплуатации.

Четвертое - в крайних плитах - фиг. 1, 7-11, блок-ячейки покрытия сопряжения промежуточных поперечных ребер с контур- ным продольным ребром выполняется, в зоне опирания последнего на несущие опорные конструкции - колонны 4, с ушире- ниями в виде вутов 12, а само продольное контурное ребро, примыкающее к вутам,

снабжено усиленным армированием-скрытые консоли колонн 4 - в пределах не менее двух шагов поперечных ребер. При этом, продольные контуры ребра крайних плит, противоположные опорным, примыкающим к вутам, имеют, для отмеченного выше (пункт 3) контакта с продольными контурными ребрами смежных плит, локальные выступы, размещенные симметрично относительно поперечных ребер с вутами, под пазы контурных ребер смежных плит.

Отмеченная совокупность основных конструктивных признаков, отличающая предложенное покрытие от наиболее близкого по конструкции прототипа, обусловливает эффектную пространственную работу предложенного покрытия при опирании по контуру - на стропильные конструкции - фермы - фиг. 1, по торцам плит, и промежуточные колонны - вдоль крайних продольных контурных ребер крайних плит, предполагая двухосное, в плане, напряженное состояние покрытия за счет двухосного изгиба каждого из составляющих его элементов. Регулируя, с помощью продольной рабочей арматуры - смотри пункт 2 описания, соотношение изгибных жесткостей продольных и поперечных ребер настила, добиваются наиболее оптимального распределения внешней нагрузки по двум направлениям плана блок-ячейки покрытия, передавая большую часть этой нагрузки на опоры вдоль контурных ребер крайних плит. Тем самым, разгружаются наиболее металлоемкие стропильные конструкции - фермы, балки, рационально используется сопротивление наименее металлоемких сжатых элементов опорного контура - колонн, вдоль боковых граней крайних плит, что приводит к заметной экономии металла во всей несущей конструктивной системе здания.

Относительно небольшая жесткость составляющих предложенное покрытие плит на кручение, при достаточно высокой их двухосной жесткости на изгиб, исключает развитие в углах покрытия сколько-нибудь заметных крутящих моментов, позволяя обеспечить эффективную пространственную работу системы без устройства в ее угловых зонах сложных для исполнения анкерных закреплений.

В зависимости от условий опирания покрытия по торцам плит положение поперечных ребер настила меняется, Если покрытие опирается на колонны через фермы - по торцам плит - основной случай опирания, и требуется, следовательно, точечная передача нагрузки от покрытия в узлы фермы - поперечные контурные ребра плит смещают

внутрь конструкции - фиг, 2, осуществляя опирание покрытия по фермам через продольные ребра. При опирании по балкам поперечные контурные ребра выполняют заподлицо с торцами продольных ребер. Предложенное покрытие может быть использовано и при опирании на несущие стены. Покрытие эффективно работает при больших размерах блок-ячейки - 18 х 18 м, 24 х 24 м. При размерах в плане 24 х 24 м ячейка может быть собрана из восьми большепролетных плит 1 и 2 - фиг. 1, размерами 3 х 24 м при высоте 0,6 м, соединенных между собой шарнирными связями, описанными выше,

Предложенное покрытие предусматривает два варианта конструктивного решения основы под кровлю. В первом-основой является сам железобетонный сетчато-ре- бристый каркас 8. По верху каркаса, на мон- таже или на заводе-изготовителе, комплексно с ним устраивается кррвля - фиг. 13. К железобетонному каркасу 8 крепится, на вклеенных стержнях, профилиро- ванный настил 16, по которому укладывается утеплитель 15, выравнивающий слой и рулонная кровля 14. В качестве кровли возможно также применение панелей типа сэндвич. При использовании комплексных плит, стыки между ними в уровне кровли решаются аналогично известным.

Во втором - основой является бетонируемая вместе с железобетонным каркасом 8 тонкая (20-25 мм) железобетонная полка 18 - фиг. 14. Кровля по полке может устраи- ваться как на заводе, так и в условиях строй- площадки. Возможно использование различных эффективных кровельных конструкций.

Применение в покрытии предложенных плит позволит легко, без дополнительного армирования, выполнять отверстия для систем вентиляции и световые проемы. Для этого в необходимых местах сетки ребер плиты ячейки выполняются без кровли (и без полки под кровлю, если она есть), а в ребрах устраиваются дополнительные закладные детали, к которым крепятся стаканы вентиляторов, зенитные фонари или заполнение из стеклоблоков.

Покрытие предусматривает рациональное использование пространства здания за счет пропуска за счет пропуска подвесного транспорта вдоль 5 с непосредственным креплением его подвесок 17 к узлам ребер каркаса плит покрытия, а также непосредственного крепления к узлам ребер подвесного оборудования.

Водоотвод с покрытия здания производится с помощью внутренних водостоков, соединенных - фиг. 1, с водоотводящими воронками 6, которые расположены вдоль желобов 7. Пропуск водостоков предусматривается в зазорах между фермами 5 и торцами плит покрытия или через ячейки сетки ребер.

Формула изобретения

1. Покрытие здания, включающее опирающиеся на колонны крайние и средние сборные железобетонные плиты с продольными и поперечными контурными и промежуточными ребрами, соединенные между собой бетонными шпонками, отличающееся тем, что, с целью снижения металлоемкости, каждая крайняя плита в месте пересечения промежуточных поперечных ребер с контурным продольным ребром в зоне опирания выполнена с уширением в виде вутов, а противоположное контурное продольное ребро имеет локальные выступы, размещенные симметрично относительно поперечных ребер с вутами, каждая средняя плита имеет паз на одном из контурных продольных ребер и выступ на противоположном контурном продольном ребре, соответствующий конфигурации паза, при этом ребра каждой плиты имеют одинаковую высоту, а суммарное сечение рабочей арматуры поперечных ребер каждой плиты, отнесенное к единице ее длины, выбрано не менее суммарного сечения рабочей арматуры продольных ребер, отнесенного к единице ее ширины, причем контурное продольное ребро, примыкающее к вутам, выполнено с усиленным армированием в пределах не менее двух шагов поперечных ребер.

2. Покрытие по п. 1,отличающее- с я тем, что поперечные контурные ребра смещены внутрь плиты.

риг. i

Использование: в несущей конструктивной системе гражданских и промышленных зданий и сооружений. Покрытие выполнено из крайних и средних плит, образованных железобетонным сетчато-ребристым каркасом из продольных и поперечных ребер одинаковой высоты - контурных в границах каждой плиты и промежуточных. Рабочая арматура плиты распределяется между продольными и поперечными ребрами в отношении, .выравнивающем, как минимум, изгибные жесткости конструкции по двум взаимно ортогональным направлениям ее плана, За счет соответствую щей конфигурации профиля боковых граней смежных плит по линиям их взаимного стыка обеспечивается совместная работа элементов покры-. тия как в период их монтажа, так и в процессе их эксплуатации. Пространствен- ность напряженного состояния покрытия обусловливается двухосным изгибом плит, составивших его. Эффективность пространственной работы покрытия регулируется соотношением рабочей арматуры продольных и поперечных ребер плит, 1 з. п, ф-лы, 14 ил, ел С

,

Г

ff

1

фхг.З

hr «г.г.

j

§

1

o%

1

I ГЧ

риг. 4

риг, f

4f

1L/

K$H

----ii

..LL

.7 -H

3-3

//

z г.//

SsSSS

еЗ

S

4

./9

. 9

/

..1г -ггх- ± ггжапЕ8

/с

Ж

}