ТЕРМОФОРМА-ТЕРМООПАЛУБКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБОРНЫХ И МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАМ БЕСКАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЁННЫМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ ПЕРЕКРЫТИЕМ
THERMOFORMED-THERMAL FORMWORK FOR MAKING PRECAST AND MONOLITHIC REINFORCED-CONCRETE FRAMES OF FRAMELESS BUILDINGS WITH PRE-STRESSED REINFORCED-CONCRETE COVERING

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к термоформам-термоопалубкам для изготовления объемных сборных и монолитных железобетонных конструкций бескаркасных зданий с предварительно напряженным железобетонным перекрытием.
Известна «термоформа для изготовления предварительно напряженных железобетонных изделий» - патент RU 2111855 C1, состоящая из независимых систем, взаимно перекрестных силовых термоотсеков, проходящих через термоподдон и снабженных на концах упорами с пазами для напрягаемой арматуры. Однако данная термоформа имеет и недостатки - большую трудоемкость изготовления и значительный расход металла.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для натяжения арматуры в форме (см. патент RU 2512220 C2 по заявке №2012111417), включающее напрягаемую арматуру сплошного сечения с анкерами на концах, изготавливаемого железобетонного изделия, установленную в пазах крайних неподвижных и среднего подвижного силовых упоров термоформы, где для натяжения данной арматуры используют термоблок Кеворкова В.А., содержащий напрягаемый и силовой элементы, где напрягаемый элемент полого сечения с теплоизоляцией, расположенный в верхней части термического блока, имеет один конец, установленный в отверстия второго неподвижного силового упора, и закреплен в нем анкерами-фиксаторами в виде силовых гаек и заглушками с выходными патрубками для циркуляции высокотемпературного теплоносителя.
Второй конец напрягаемого элемента расположен в отверстиях подвижного силового упора и закреплен в нем анкерами в виде силовых заглушек с упорами, причем подвижный силовой упор со стороны железобетонного изделия имеет также пазы для напрягаемой арматуры сплошного сечения изготавливаемого предварительно напряженного железобетонного изделия. Силовой элемент термического блока, расположенный в его нижней части, представляет собой систему взаимно перпендикулярных силовых балок и предназначен для восприятия усилий предварительно напряженной арматуры сплошного сечения изготавливаемой железобетонной конструкции.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности создания в термоформе-термоопалубке объемных железобетонных конструкций бескаркасных зданий.
Техническим решением является расширение технологических возможностей термоформы-термоопалубки для изготовления объемных сборных и монолитных железобетонных конструкций бескаркасных зданий.
Задача достигается тем, что в известной термоформе, включающей напрягаемую арматуру сплошного сечения с анкерами на концах, изготавливаемого железобетонного изделия, установленную в пазах двух крайних неподвижных и одного среднего подвижного силовых упоров, где для натяжения данной арматуры используют термоблок Кеворкова, содержащий напрягаемый и силовой элементы, где напрягаемый элемент полого сечения с теплоизоляцией, расположенный в верхней части термического блока, имеет один конец, установленный в отверстия второго неподвижного силового упора и закрепленный в нем анкерами-фиксаторами в виде силовых гаек и заглушками с выходными патрубками для циркуляции высокотемпературного теплоносителя, а второй конец расположен в отверстиях подвижного силового упора и закреплен в нем анкерами в виде силовых заглушек упором, причем подвижный силовой упор имеет также пазы для напрягаемой арматуры сплошного сечения изготавливаемой предварительно напряженной железобетонной конструкции в термоформе (термоопалубке), при этом входной патрубок для высокотемпературного теплоносителя расположен на самом напрягаемом элементе ближе к подвижному силовому упору, а силовой элемент термического блока, расположенный в его нижней части, представляет собой систему взаимно перпендикулярных силовых балок и предназначен для восприятия усилий.
Согласно изобретению, термоформа-термоопалубка для изготовления объемных сборных и монолитных железобетонных конструкций, в частности рам, бескаркасных зданий с предварительно напряженным железобетонным перекрытием, состоит из 4-х отдельных Г-образных термоэлементов, собираемых, например, в объемную раму, где каждый термоэлемент состоит из 2-х частей; первая - горизонтальная часть, которая служит для изготовления части предварительно напряженного железобетонного перекрытия и состоит по сечению из нижнего силового отсека, поверх которого через термоизоляцию установлен независимый термоподдон с входными и выходными патрубками для циркуляции в нем теплоносителя Т с температурой нагрева T°C=70-100°C, вторая - вертикальная часть термоэлемента, необходимая для изготовления стен объемной рамы, содержит вертикальную термоопалубку, включающую термоотсек с входными и выходными патрубками для циркуляции в нем теплоносителя с температурой нагрева Т°C=70-100°C, при этом стык полурам, состоящих каждая из 2-х Г-образных термоэлементов, имеет съемный вкладыш с высотой по сечению, равной высоте перекрытия, и присоединяемый к концам силовых отсеков ригелей съемными соединениями, например болтами, причем каждый термоэлемент установлен на свою транспортную тележку и шарнирно с ней соединен, что позволяет его перемещать в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Собранная из 4-х Г-образных термоэлементов в единую объемную раму бескаркасного здания, образует из горизонтальных участков термоэлементов объемной рамы горизонтальную термоопалубку перекрытия, которая содержит по торцам ригеля рамы неподвижные силовые упоры первый и второй, закрепленные к торцам силовых отсеков горизонтальной части термоэлементов, где первый силовой неподвижный упор содержит пазы для напрягаемой арматуры с анкерами на концах изготавливаемого железобетонного перекрытия, а ко второму неподвижному силовому упору закреплен с одной стороны механизм натяжения напрягаемой арматуры перекрытия (термоблок Кеворкова В.А.), а с другой стороны фиксатор - силовая гайка для фиксации температурного удлинения напрягаемого элемента, при этом для обеспечения постоянства толщины стен по высоте объемной рамы, термофора - термоопалубка снабжена расположенными и закрепленными между двумя вертикальными смежными стенками термоэлементов специальными фиксаторами, сохраняемыми после изготовления рам внутри материала стены. Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что термоформа-термоопалубка для изготовления объемных сборных и монолитных железобетонных конструкций, в частности рам, бескаркасных зданий с предварительно напряженным железобетонным перекрытием, состоит из 4-х отдельных Г-образных термоэлементов, собираемых, например, в объемную раму, где каждый термоэлемент состоит из 2-х частей: первая - горизонтальная часть, которая служит для изготовления части предварительно напряженного железобетонного перекрытия и состоит по сечению из нижнего силового отсека, поверх которого через термоизоляцию установлен независимый термоподдон с входными и выходными патрубками для циркуляции в нем теплоносителя (Т) с температурой нагрева Т°С=70-100°C, вторая - вертикальная часть термоэлементов, необходимая для изготовления стен объемной рамы, содержит вертикальную термоопалубку, включающую термоотсек с входными и выходными патрубками для циркуляции в нем теплоносителя с температурой нагрева Т°C=70-100°C, при этом стык полурам, состоящих каждая из 2-х Г-образных термоэлементов имеет съемный вкладыш с высотой по сечению, равной высоте перекрытия, и присоединяемый к концам силовых отсеков ригелей съемными соединениями, например болтами, причем каждый термоэлемент установлен на свою транспортную тележку и шарнирно с ней соединен, что позволяет их перемещать в горизонтальном и вертикальном направлениях и сохранять проектное положение.
Собранная из 4-х Г-образных термоэлементов в единую объемную раму бескаркасного здания, образует из горизонтальных участков термоэлементов горизонтальную термоопалубку перекрытия, которая содержит по торцам ригеля рамы неподвижные силовые упоры, первый и второй, закрепленные к торцам силовых отсеков горизонтальной части термоэлементов, где первый силовой неподвижный упор содержит пазы для напрягаемой арматуры с анкерами на концах изготавливаемого железобетонного перекрытия, а ко второму неподвижному силовому упору закреплен с одной стороны механизм натяжения напрягаемой арматуры перекрытия (термоблок Кеворкова В.А.), а с другой стороны фиксатор - силовая гайка для фиксации температурного удлинения напрягаемого элемента, при этом для обеспечения постоянства толщины стен по высоте объемной рамы термоформа-термоопалубка снабжена расположенными и закрепленными между двумя вертикальными смежными стенками термоэлементов специальными фиксаторами, сохраняемыми до и после изготовления рам внутри материала стены.
Таким образом, заявляемое устройство - термоформа-термоопалубка для изготовления объемных сборных и монолитных железобетонных конструкций - рам бескаркасных зданий с предварительно напряженным железобетонным перекрытием соответствует критерию «новизна».
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичного предложения, что позволяет судить об изобретательном уровне заявляемой совокупности признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежами (см. фиг. 1 - фиг. 9), где термоформа-термоопалубка для изготовления объемных сборных и монолитных железобетонных конструкций состоит из 4-х Г-образных термоэлементов 1, 6 (см. фиг. 1), где каждый термоэлемент состоит из 2-х частей: первая - горизонтальная часть 1, которая служит для изготовления горизонтальной части предварительно напряженного железобетонного перекрытия 2, состоящего по сечению из нижнего силового отсека  3 (см. фиг. 3, фиг. 5), поверх которого через термоизоляцию 4 установлен независимый термоподдон 5 с входными и выходными патрубками для циркуляции в нем теплоносителя (Т) с температурой нагрева Т°C=70-100°C. Вторая - вертикальная часть Г-образных термоэлементов, необходимая для изготовления вертикальных железобетонных стен 7 (см. фиг. 3) объемной рамы, содержит опалубочные отсеки 8 с теплоизоляцией снаружи, расположенные с двух сторон железобетонных стен и служащие для их тепловой обработки путем циркуляции в отсеках 8 теплоносителя с температурой нагрева Т°C=70-100°C. Термоподдон 5 перекрытия 2 сообщен с термоотсеком 8 вертикальных стен 7, т.е. имеет место одновременная тепловая обработка и стен? и перекрытия объемной рамы.
Стык средних Г-образных термоэлементов в горизонтальной плоскости содержит съемный вкладыш 9 (см. фиг. 3), присоединяемый к силовым отсекам каждого термоэлемента, например, с помощью болтов 10, при этом каждый Г-образный термоэлемент объемной рамы установлен на свою транспортную тележку 11 (см. фиг. 3), шарнирно с ней соединенный.
Для шарнирного соединения нижнего конца термоэлементов с транспортной тележкой 11, последняя имеет отдельный шарнир 12 (см. фиг. 3). Это позволяет перемещать Г-образные термоэлементы в любом горизонтальном и вертикальном направлениях.
рж
Кроме того, для обеспечения в целом жесткости и устойчивости объемной рамы, все ее термоэлементы и транспортные тележки обеспечены соответственно вертикальными ребрами жесткости 13 и 14 (см. фиг. 3), и соединены силовыми элементами 15, которые позволяют поставить в целом все термоэлементы рамы в проектное положение. Для этих же целей принимают определенный шаг ребер жесткости - а(см. фиг. 7).
н.э.
Собранная из 4-х Г-образных термоэлементов - 1, 2, 6 в единую объемную раму бескаркасного здания, образует из горизонтальных участков термоэлементов 1 (2) термоопалубку железобетонного покрытия 2 (см. фиг. 1, фиг. 2), которая содержит по торцам ригеля рамы неподвижные силовые упоры, первый 16 и второй 17, закрепленные к торцам крайних силовых отсеков горизонтальной части термоэлементов, вместе с тем на расстоянии длины напрягаемого элемента  l термоблока Кеворкова В.А. от второго неподвижного силового упора 17 горизонтальной термоопалубки перекрытия расположен подвижный силовой упор 18, где в нем и в первом неподвижном силовом упоре 16 имеются пазы для напрягаемой арматуры 20 с анкерами на концах преднапряженного железобетонного перекрытия (см. фиг. 2, фиг. 3), при этом стык полурам, состоящий каждый из 2-х Г-образных термоэлементов, имеет съемный вкладыш 9 с высотой по сечению, равной высоте перекрытия, и присоединяемый к концам силовых отсеков ригелей съемными соединениями, например болтами 10, а для обеспечения постоянства толщины вертикальных стен термоформа-термоопалубка снабжена расположенными равномерно внутри стены по вертикали специальными фиксаторами 20 строго равной толщине стены, при этом данные фиксаторы закреплены к вертикальным стенкам термоэлементов болтами 27 (см. фиг. 8, фиг. 9), (см. фиг. 4, фиг. 5), закрепляют напрягаемый элемент 21 с теплоизоляцией 22, который крепят одним концом к неподвижному силовому упору 17. При этом напрягаемый элемент 21 проходит через силовые упоры 17 и 18 и фиксируется в них - в упоре 18 заглушкой 22, а в упоре 17 фиксатором - силовой гайкой 23 (см. фиг. 4, фиг. 5), которая служит одновременно для фиксации температурных удлинений напрягаемого элемента 21 в процессе его нагрева. Для этих же целей напрягаемый элемент 21 содержит входной 24 и выходной 25 патрубки (см. фиг. 4, фиг. 5) для циркуляции в напрягаемом элементе 21 высокотемпературного теплоносителя с температурой нагрева Т°C=70-100°C.
Для обеспечения постоянства толщины стен 7 (см. фиг. 3, фиг. 8, фиг. 9) термоформа-термоопалубка снабжена расположенными внутри стен 7 специальными фиксаторами 26, например,асбестоцементными трубами ⌀ 100 мм и длиной, строго равной толщине стены 7 (см. фиг. 8, фиг. 9), где данные фиксаторы закреплены к стенкам смежных термоэлементов болтами 27 (см. фиг. 8, фиг. 9). Для обеспечения бетонирования предварительно напряженного железобетонного перекрытия 2 термоформа-термоопалубка снабжена поперечной опалубкой 28, закрепляемой временно к термоподдону 5.
Термоформа-термоопалубка для изготовления сборных и монолитных железобетонных рам бескаркасных зданий с предварительно напряженным железобетонным перекрытием работает следующим образом (см. фиг. 1 - фиг. 9):
н.э.
На первом этапе собирают отдельно четыре Г-образных термоэлемента 1, 2, 6 (см. фиг. 1) и соответственно им четыре транспортные тележки 11 с закрепленными на горизонтальных участках силовых отсеков 2 с установленными на них через термоизоляцию 4 независимых термоподдонов 5 (см. фиг. 3), на вертикальных и горизонтальных участках термоэлементов 1, 2, 6 устанавливают и закрепляют термоопалубку 8 так, чтобы термоподдон 5 перекрытия 2 имел сообщение с термоопалубкой 8 вертикальной части термоэлемента 1, 2, 6, а также детали 5 и 8 имеют входные и выходные патрубки для циркуляции теплоносителя Т°C=70-100°C, где данные патрубки на чертежах не показаны. К силовым отсекам 3 горизонтальной части термоэлементов 1, 2, 6 и к термоопалубке 8 вертикальной части термоэлементов стен 7 крепят вертикальные ребра жесткости 13. Также к транспортным тележкам 11 крепят вертикальные ребра жесткости 14. Вертикальные ребра 13 и 14 обеспечивают в целом устойчивость и жесткость объемной рамы бескаркасного здания. Ребра жесткости 13 и 14 соединяют между собой силовым механизмом 15, с помощью которого и с помощью шарниров 12 тележки 11 ставят термоэлементы 1, 2, 6 в проектное положение. При этом первоначально собирают средние смежные термоэлементы 1, 2, 6, образующие полурамы, заранее установив в тело бетона стен 7 специальные фиксаторы 26 (см. фиг. 3, фиг. 8, фиг. 9). Для этого в вертикальные термоотсеки 6 термоэлементов выполнят в местах установки фиксаторов 26 сквозные отверстия для установки болтов 27, соединяемых вертикальные части с термоэлементов 1, 2, 6 в проектное положение, прижав фиксаторы 26 к стенкам термоопалубки 6, обеспечив постоянство толщины стен 7 по высоте объема рамы путем закручивания до конца болтов 26. Подставив две собранные полурамы в проектное положение на определенном расстоянии Δ (см. фиг. 3) друг от друга, устанавливают вкладыш 9 и крепят его к силовым отсекам 3 термоэлементов болтами 10. После чего собирают из 4-х термоэлементов полностью объемную термоформу-термоопалубку, образуя при этом единую термоопалубку перекрытия 2, а также устанавливают в торцах силового отсека 3 термоэлементов 1 неподвижные силовые упоры 16 и 17, закрепленные к силовым отсекам 3. Далее между силовыми упорами 16 и 17 на расстоянии напрягаемого элемента  l термоблока Кеворкова В.А. (см. фиг. 2) от неподвижного силового упора 17 ставят средний подвижный силовой упор 18 (см. фиг. 2, фиг. 3), двигающийся по крайним силовым отсекам 3 термоэлементов 1, после чего в пазы 19 (см. фиг. 4) силовых упоров неподвижного 16 и подвижного 18 устанавливают напрягаемую арматуру 20 изготавливаемого железобетонного перекрытия 2. Далее собирают термоблок Кеворкова В. А. для натяжения данной арматуры в следующей последовательности.
Отдельно изготавливают полый напрягаемый элемент 21 с покрытой теплоизоляцией 22. Элемент 21 имеет также входные 24 и выходные 25 патрубки для циркуляции в нем высокотемпертурного теплоносителя с температурой нагрева Т°C=300-350°C. В местах установки концов полого напрягаемого элемента 21 в подвижном силовом упоре 18 и в неподвижном упоре 17 выполняют отверстия с силовой резьбой, куда затем заводят оба конца напрягаемого силового элемента 21 и фиксируют со стороны железобетонного изделия 2 силовой заглушкой 22а (см. фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5) силового упора 18, а в упоре 17 фиксатором - силовой гайкой 23 (см. фиг. 4, фиг. 5), которая служит одновременно для фиксации температурных удлинений напрягаемого элемента 21 в процессе его нагрева. Для этих же целей напрягаемый элемент 21 содержит входной 24 и выходной 25 патрубки для циркуляции в нем высокотемпературного теплоносителя Т с температурой Т°C=300-350°C. Первоначально для нагрева силовой гайкой 23 подтягивают всю систему - полый напрягаемый элемент 21, напрягаемую арматуру 20 железобетонного изделия 2. После чего к входным 24 и выходным 25 патрубкам подсоединяют систему нагрева и циркуляции высокотемпературного теплоносителя Т°C=300-350°C, которая приводит к нагреву напрягаемого элемента 21, температурные удлинения которого постоянно фиксируются силовой гайкой 23 путем ее закручивания (см. фиг. 4, фиг. 5).
t
t
Когда температура в напрягаемом элементе достигнет Т°C=350°C, величина его температурного удлинения достигнет Δl - величины максимального удлинения напрягаемого элемента, соответствующего заданной величине предварительного напряжения в арматуре 20 изготавливаемого железобетонного изделия 2. Контроль за температурным удлинением и, соответственно, величиной предварительного напряжения в арматуре 20 ведут по температуре нагрева теплоносителя Т в напрягаемом элементе 21 с помощью специальных приборов. При достижении требуемой температуры Т°C=350°C (время нагрева теплоносителя Т ориентировочно 5-7 минут) отключают систему нагрева и циркуляции теплоносителя через входные и выходные патрубки 24, 25 и включают систему циркуляции холодного теплоносителя, с помощью которого и охлаждают напрягаемый элемент 21 (время охлаждения 5-7 минут) до 20°C и тем самым создают в нем и в самой напрягаемой арматуре 20 железобетонного перекрытия заданное предварительное напряжение. При этом перемещение подвижного силового упора 18 составляет Δl.
После этого отключают всю систему циркуляции холодного теплоносителя и отсоединяют ее с патрубков 24, 25. Далее на термоподдон 3 устанавливают поперечную опалубку 28, ограничивая размеры поперечного сечения изготавливаемой предварительно напряженной железобетонной плиты согласно проекту.
Бетонирование объемной рамы выполняют в два этапа, первоначально бетонируют вертикальные стены бетоном соответствующего класса прочности до отметки низа перекрытия, затем бетонируют горизонтальное железобетонное перекрытие бетоном определенного класса прочности и толщины. После бетонирования объемной рамы производят уплотнение бетона и далее его тепловую обработку, где к входным патрубкам термоподдона 5 и термоопалубки 8 вертикальных стен 7 подсоединяют систему циркуляции теплоносителя с температурой нагрева Т°C=70-100°C согласно заданному режиму термообработки бетона. При достижении бетоном требуемой прочности снимают всю опалубку и выполняют передачи усилий натяжения напряженной арматуры 20 на бетон путем обрезки ее на свободных участках или одновременным раскручиванием силовых гаек 23. После этого отключают все системы нагрева и циркуляции теплоносителя. Затем разбирают термоформу-термоопалубку, для чего откручивают силовые гайки 23 системы натяжения арматуры. Далее откручивают болты 10, снимая вкладыш 9 (см. фиг. 3), и болты 27, отделяя стенки термоэлементов 8 внутренних железобетонных стен 7. При этом распорки 26 остаются в бетонной стене 7. После этого силовыми механизмами 15 и с помощью шарниров 12 транспортных тележек отделяют Г-образные термоэлементы 1, 2, 6 от железобетонных перекрытий 2 и стен 7 объемной рамы бескаркасных зданий (см. фиг. 3). Далее транспортные тележки 11 провозят под объемной рамой на новое место назначения. Ориентировочные размеры объемной рамы - длина l=6-18,0 м, ширина В=6,0-12,0 м как для сборного, так и для монолитного варианта.
В целом, значимость и эффективность предлагаемой термоформы-термоопалубки для изготовления объемных сборных и монолитных железобетонных рам бескаркасных зданий с предварительно напряженным железобетонным перекрытием следующая:
1. За счет использования в термоблоке Кеворкова двух новых видов натяжения арматуры - термического (см. патент РФ №23963399 - «Термический способ натяжения напрягаемых элементов предварительно напряженных строительных конструкций и устройство для его осуществления») и механического способа (см. патент RU 251222 C2 по заявке №2012111417) «Напрягаемый элемент предварительно напряженных строительных конструкций», с использованием термоблока Кеворкова В.А. имеет место экономия времени натяжения напрягаемой арматуры и повышения качества изготовления преднапряженной железобетонной конструкции.
2. Открывается возможность изготовления объемных железобетонных рам бескаркасных зданий с предварительно напряженным железобетонным перекрытием.
3. За счет одновременного изготовления бетонирования как перекрытия, так и стен объемной рамы, повышается производительность и качество изготовления железобетонной конструкции.
4. Одновременная тепловая обработка перекрытия и стен объемной рамы позволяет значительно упростить технологию изготовления железобетонных конструкций.
5. Использование подобных рам значительно сокращает время монтажа здания и повысить жесткость и трещиностойкость здания. Кроме того, применение предварительно напряженного железобетонного перекрытия позволяет использовать высокопрочных арматурных сталей и бетонов особенно в монолитном строительстве, за счет чего уменьшаются размеры поперечного сечения перекрытия и получить экономию бетона и арматуры.
6. Использование предлагаемой термоформы-термоопалубки возможно как в сборном, так и в монолитном строительстве, где в сборном железобетоне изготовленные объемные железобетонные рамы перевозят к месту монтажа и там монтируют их, а при монолитном строительстве перемещают саму термоопалубку по основанию нижнего перекрытия, а изготовление самой монолитной объемной рамы является изготовлением части элементов здания.
7. Для создания предварительного натяжения рабочей арматуры предварительно напряженного железобетонного перекрытия объемной рамы используют самую дешевую энергию - энергию газа.
8. Полученные в вертикальных стенах 7 объемной рамы отверстия от специальных фиксаторов 26 (см. фиг. 8, фиг. 9) можно использовать для пропуска в них различных коммуникаций, например, электропроводку, и т.д.