УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ К СТЕННОЙ ИЛИ ПОТОЛОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
DEVICE FOR ATTACHMENT OF REINFORCED-CONCRETE PLATES TO WALL OR CEILING STRUCTURE FROM REINFORCED CONCRETE

Изобретение касается устройства для присоединения железобетонных плит к стенной или потолочной конструкции из железобетона с изолирующим телом для теплоизоляции и арматурной частью, которая имеет арматурные элементы, работающие на растяжение и на сжатие.
Наряду с максимально высоким теплоизоляционным действием подобного рода устройства должны выдерживать в целом высокие нагружения изгибающим усилием и поперечным усилием. Область применения является очень разнообразной и охватывает использование в случае выступающих, а также подпираемых балконных и террасных плит, сквозных плит, которые выступают за наружную конструкцию здания, опорных областей лоджий, термического разъединения от аттиков и подоконных стенок до консолей и стенных панелей.
Известны устройства для свободно выступающих железобетонных плит, верхняя работающая на растяжение арматура которых выполняется в зависимости от величины несущей способности. При этом в переходной зоне теплоизоляционной плоскости используется сортовой армирующий профиль из нержавеющей высококачественной стали. Он, например, посредством контактной сварки давлением соединяется с примыкающим сортовым армирующим профилем. Скобы для восприятия поперечных усилий выполняются из высококачественной стали той же марки, что и работающие на растяжение стрежни, причем соединение для присоединительной арматуры, в свою очередь, осуществляется посредством сварки. В качестве теплоизоляционного материала в переходной области может использоваться, например, полистирольный жесткий пенопласт. В него в зоне сжатия интегрированы модули из, например, армированного стальными микроволокнами высоконагруженного зернистого бетона.
Для известных продуктов, которые также называются как "изолирующие каркасы", является общим, что изгибная несущая способность уменьшается с увеличивающимся термическим сопротивлением. Восприятие поперечного усилия в случае этих продуктов реализуется по-разному. В некоторых продуктах поперечное усилие воспринимается скобами. Разработанные заявителем изолирующие каркасы имеют рамную конструкцию, которая передает как моменты, так и поперечные усилия. Другое решение состоит в расположении работающих на сдвиг стальных листов, которые в отдельности от передачи моментов также привлекаются для восприятия поперечного усилия. Передача поперечного усилия посредством скоб, соответственно работающих на сдвиг стальных листов, положительно сказывается при деформации, так как за счет более высокой сдвиговой жесткости в переходной области устанавливаются пренебрежительно малые сдвиговые искажения. В случае подобной раме несущей системы, напротив, постоянно должны учитываться дополнительные деформации из составляющей поперечного усилия. Системы, которые раздельно передают моменты и поперечные усилия, в целом становятся предпочтительными относительно приспосабливания к нагрузкам.
Однако недостаток известных устройств состоит в целом в недостаточной развязке несущей способности моментов и поперечного усилия и в затратном изготовлении.
Изобретение привлекается для того, чтобы при использовании высоконагруженных материалов соответственно улучшить теплоизоляцию в переходной области изолирующих каркасов, а гибкость соединительного устройства повысить в такой степени, что по аналогии с системами модульного исполнения может быть реализовано множество геометрических краевых условий с помощью одного и того же продукта с простыми этапами монтажа. Продукт должен оптимизироваться настолько, что посредством простых возможностей градации (распределения по ступеням) для подгонки к соответствующим требованиям к несущей способности также может повышаться экономичность продукта.
Соответствующее изобретению присоединительное устройство указанного во вводной части типа отличается тем, что арматурная часть имеет замкнутые петли из волокнистого полимерного материала в качестве работающих на растяжение арматурных элементов и работающие на сжатие при изгибе и на сдвиг элементы с изменяемыми профилями из сверхвысокопрочного (ультравысокопрочного) бетона (UHPFRC), причем горизонтально расположенные петли уложены в изолирующем теле между подлежащей присоединению железобетонной плитой и стенной или потолочной конструкцией, а работающие на сжатие при изгибе и на сдвиг элементы интегрированы в изолирующее тело.
Согласно одному предпочтительному примеру осуществления изобретения замкнутые петли работающего на растяжение арматурного элемента состоят из усиленного углеродным волокном полимерного материала (CFK) или из усиленного стекловолокном полимерного материала (GFK).
В соответствии с одним следующим признаком изобретения работающие на сжатие при изгибе и на сдвиг элементы состоят из бетона качества (марки) UHPFRC.
Изобретение и его другие признаки далее поясняются более подробно на основе примеров осуществления со ссылками на чертежи.
Фиг.1 - принципиальный вид сбоку устройства согласно изобретению;
Фиг.2 - принципиальный вид спереди устройства;
Фиг.3 - вид сверху устройства;
Фиг.4 - вид сверху другого варианта осуществления;
Фиг.5 - принципиальный перспективный вид;
Фиг.6 - разрез усовершенствованного устройства согласно изобретению; и
Фиг.7 - вид сверху усовершенствованного устройства согласно изобретению.
Изображенное на чертежах присоединительное устройство для присоединения железобетонных плит 1 к стенной или потолочной конструкции 2 имеет изолирующее тело 3 для теплоизоляции и арматурную часть 4. Арматурная часть 4 в зоне действия растягивающих напряжений состоит из замкнутых петель 4', например, из волоконного полимерного материала, для присоединения к арматуре плиты, а в зоне действия напряжений сжатия при изгибе и сдвига состоит из по-разному профилированных элементов 4” из сверхвысокопрочного (ультравысокопрочного) бетона (UHPFRC - Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete). Концы петель 4' находятся в зацеплении с U-образными скобами 5 присоединительной арматуры.
По сравнению с арматурными стержнями из высококачественной стали изобретение способствует получению незначительных площадей поперечного сечения и значительно уменьшенных тепловых потерь, а также посредством различных геометрий петель обеспечивает высокую приспособляемость (адаптацию) к несущей способности.
Для передачи усилий растяжения в соответствии с изобретением может быть предусмотрена бесконечная петля, например, из армированного углеродным волокном полимерного материала (CFK) или армированного стекловолокном полимерного материала (GFK). Изготовление петли может осуществляться, в частности, с помощью продольно ориентированных волокон в направлении петель, которые оплетаются посредством скрученного на 90° слоя волокон, за счет чего достигается достаточно высокий предел прочности при сжатии поперек волокон. Формирование петли позволяет силовую передачу несмотря на плохое соединение между бетоном и петлей. Посредством изменения геометрии петель несущая способность может простым образом приспосабливаться/подгоняться к соответствующим требованиям. При этом важнейшими входными параметрами являются высота петли и радиус петли. С помощью обеих этих величин регулируются напряжения перегиба арматуры на окружающий бетон и тем самым также напряжение от сжатия поперек волокон на петлю. Посредством расположенных в самом внешнем сжатом крае UHPFRC-элементов, работающих на сжатие, достигается большое внутреннее плечо рычага, вследствие чего минимизируются действующие на несущие элементы усилия. Фиг.3 и 4 показывают по-разному выполненные присоединительные устройства согласно изобретению.
В рамках изобретения теплоизолирующая функция может быть значительно повышена посредством применения высокоэффективных материалов UHPFRC и CFK/GFK. Посредством формирования разомкнутого сжатого пояса из сужающихся UHPFRC-элементов как требуемый объем бетона, так и одновременно поверхности, теряющие тепло, могут поддерживаться минимальными.
Чтобы увеличить передающие нагрузку поверхности между обычным бетоном и работающими на сжатие при изгибе и на сдвиг элементами 4'', эти UHPFRC-элементы могут расширяться на концах и предпочтительным образом также профилироваться, соответственно, снабжаться выступающими треугольными ребрами 4''', как показано, в частности, на фиг.5-7. Посредством этой формы типа "собачей кости" теплопроводность удерживается на незначительном уровне.
Вследствие экстремально высокой прочности на растяжение у CFK/GFK поперечные сечения работающих на растяжение элементов 4' могут уменьшаться настолько, что теплоизолирующее тело почти не прерывается. Теплопроводность через работающие на растяжение элементы сильно уменьшается по сравнению с высококачественной сталью вследствие очень малой теплопередающей суммарной поверхности.
Далее, соответствующая изобретению конструкция позволяет экономичную градацию несущей способности. В случае изгибной несущей способности в области, например, 50 кНм/м ожидается удвоенное эквивалентное термическое сопротивление (толщина изолирующего материала, например, 8 см) по отношению к существующим продуктам. Эти превосходные свойства получаются главным образом из применения материалов с высокой прочностью, вследствие чего требуются незначительные поперечные сечения и, таким образом, теплоизолирующее тело лишь незначительно ослабляется.
Другое значительное преимущество изобретения проявляется при применении в продуктах изолирующих плетеных каркасов. Все без исключения сварочные работы, которые необходимы в случае использованных до сих пор продуктов, устраняются. Так как даже сборка является упрощенной, могут сильно уменьшаться, прежде всего, расходы на заработную плату.
2
Изобретение должно позволить применение в пассивных домах (т.е. домах без активной отопительной системы). Условием для стандарта пассивного дома является годовое потребление тепла 15 кВтч/м, что означает значительную экономию энергии по сравнению с энергосберегающими домами (дома с низким потреблением энергии).
3
За счет использования высокопрочного CFK/GFK-материала в работающей на растяжение области и UHPFRC в работающей на сжатие области, а также соответствующей этому экономии стали получать существенное улучшение экологической устойчивости продукта, так как потребность в энергии для изготовления 1 м UHPFRC составляет лишь 5% от потребности в энергии для изготовления того же самого количества стали с одинаковым пределом прочности на сжатие.