СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ) И СТЕНА ИЗ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным элементам для возведения стен, обладающих повышенной устойчивостью к взлому, и может быть использовано для сооружения банковских хранилищ, сейфовых комнат и других подобных объектов.
Проблемой при сооружении указанных объектов является транспортировка строительных элементов к месту монтажа, а также собственно монтаж, так как обычно объекты монтируются из массивных панелей и расположены внутри готовых зданий, где применение подъемных механизмов практически исключается.
Известно возведение стен из относительно небольших строительных элементов, таких как кирпичи или блоки, обладающих повышенной несущей способностью или прочностью. Известен, например строительный элемент, включающий твердеющий после формования материал (например, бетон) с продольной уголковой арматурой, расположенной по граням строительного элемента заподлицо с его поверхностью и жестко соединенной с поперечной арматурой, выполненной в виде круглых стержней и тонких металлических пластин с анкерами (SU 737586, МПК Е 04 С 1/00, 30.05.1980). Данная конструкция имеет высокую металлоемкость и достаточно большие габаритные размеры, а значит высокую трудоемкость, как при изготовлении, так и при возведении стен, при этом она не обеспечивает класс устойчивости к взлому, требуемый для хранилищ ценностей и сейфовых комнат.
Известен также пустотелый армированный блок прямоугольного сечения, имеющий сквозные круглые отверстия, симметрично расположенные в плане, и армирование в виде пространственного каркаса, причем блок выполнен с гнездами со стороны боковых поверхностей по углам и по середине между ними с образованием оголенных участков арматуры для связи соседних блоков между собой (RU 2052041, МПК 6
Е 04 С 1/00, 10.01.1996). Стена, выполненная из этих блоков, обладает повышенной прочностью и устойчивостью за счет обеспечения посредством арматуры жестких связей блоков между собой в продольном и поперечном направлении. Недостатком данного строительного элемента также является низкая устойчивость к взлому за счет возникающего при воздействии ударной нагрузки краевого эффекта и наличия сквозных отверстий. Такую конструкцию легко взломать ударным инструментом. Кроме того, блок имеет сложную форму, что требует для его изготовления наличия дорогой оснастки, и высокую металлоемкость, которая обусловлена пространственным арматурным каркасом.
Известен строительный элемент для стен I-IX класса устойчивости к взлому, включающий прямоугольное бетонное тело, выполненное из бетона класса В60-В100, и имеющий толщину 50-450 мм (патент №42048 на полезную модель, МКИ Е 04 С 1/00, E 05 G 1/024, 20.11.2004). Стена, возведенная из таких элементов, не содержит арматурного каркаса и удовлетворяет требованиям устойчивости к взлому, однако при этом является массивной, что нежелательно при возведении хранилищ в зданиях, так как это может привести к перегрузке перекрытий здания или потребует дополнительных капитальных вложений в строительство мощных фундаментов.
Наиболее близким аналогом изобретения является строительный элемент, включающий прямоугольное бетонное тело и арматурный каркас, продольная арматура которого выполнена в виде металлических уголков, размещенных на ребрах граней элемента заподлицо с бетоном, а поперечная выполнена в виде предварительно напряженных замкнутых пространственных элементов круглого сечения, каждый из которых со стороны смежных граней прямоугольника имеет V-образную форму с углами перегиба на ребрах граней строительного элемента (SU 885490, МПК Е 04 С 3/20, 30.11.1981). Данный строительный элемент имеет повышенную несущую способность, однако, подобное армирование слабо
противодействует взлому, так как материал при ударном воздействии будет выкрашиваться большими кусками, кроме того, строительный элемент имеет высокую металлоемкость.
Технической задачей настоящей полезной модели является получение строительного элемент, пригодного для возведения стен повышенной устойчивости к взлому и имеющего невысокую металлоемкость.
Поставленная задача решается в строительном элементе, включающем прямоугольное бетонное тело и арматурный каркас, в котором согласно полезной модели бетонное тело выполнено из бетона класса В60-В90, а арматурный каркас образован двумя элементами прямоугольного сечения, размещенными заподлицо с поверхностью на внутренней стороне строительного элемента и проходящими до его граней, и, по меньшей мере, одним арматурным элементом V или U-образной формы, каждый конец которого жестко связан с одним из арматурных элементов прямоугольного сечения, а вершина направлена к наружной стороне строительного элемента.
Преимущественно арматурный элемент V или U-образной формы установлен перпендикулярно внутренней стороне строительного элемента.
Арматурный элемент V или U-образной формы может быть выполнен цельным (согнутым из стержня) или из двух арматурных стержней, жестко связанных между собой, например посредством сварки.
Арматурный элемент V или U-образной формы может быть выполнен из полосы или квадрата.
Строительный элемент может быть снабжен дополнительным арматурным элементом, соединяющим между собой ветви арматурного элемента V или U-образной формы, выполненным, например, из арматурного стержня.
Строительный элемент может быть снабжен дополнительным арматурным элементом прямоугольного сечения, размещенным заподлицо с поверхностью на наружной стороне строительного элемента и жестко связанным с вершиной арматурного элемента V или U-образной формы, при
этом один конец дополнительного арматурного элемента проходит до одной из граней строительного элемента.
1
4
Преимущественно элементы прямоугольного сечения расположены вертикально или горизонтально относительно верхней и нижней сторон строительного элемента на расстоянии от его граней, равном / расстояния между данными гранями, при этом концы арматурного элемента V или U-образной формы связаны с элементами прямоугольного сечения в их центральной части. Такое расположение арматурных элементов наиболее просто обеспечивает требуемый шаг между арматурными элементами в стене, однако, оно не исключает другие варианты их расположения, например, расположение элементов прямоугольного сечения под углом к боковым граням строительного элемента.
Строительный элемент может содержать два или более арматурных элементов V или U-образной формы, концы которых жестко связаны с арматурными элементами прямоугольного сечения. Число арматурных элементов V или U-образной формы зависит от требуемого класса устойчивости к взлому.
Во втором варианте реализации строительный элемент включает прямоугольное бетонное тело и арматурный каркас, причем бетонное тело выполнено из бетона класса В60-В90, а арматурный каркас образован одним арматурным элементом прямоугольного сечения, размещенным заподлицо с поверхностью на внутренней стороне строительного элемента и проходящим до его граней, и, по меньшей мере, одним арматурным элементом V или U-образной формы, вершина которого жестко связана с элементом прямоугольного сечения, а концы направлены к наружной стороне строительного элемента. Этот элемент может использоваться при возведении стены в качестве самостоятельного элемента или в качестве доборного элемента при возведении стены из элементов, выполненных по первому варианту.
Концы арматурного элемента V или U-образной формы в строительном элементе, выполненном по второму варианту, преимущественно проходят к углам (граням) строительного элемента или он снабжен дополнительным арматурным элементом, соединяющим между собой ветви арматурного элемента V или U-образной формы, выполненным из стержня. Такое выполнение обеспечивает арматурному каркасу дополнительную жесткость.
1
2
Во втором варианте арматурный элемент прямоугольного сечения расположен от граней строительного элемента преимущественно на расстоянии, равном / расстояния между данными гранями, при этом вершина арматурного элемента V или U-образной формы жестко связана с арматурным элементом прямоугольного сечения в его центральной части. Как и в первом варианте реализации изобретения такое расположение арматурных элементов не исключает других вариантов их размещения.
Строительный элемент также может содержать два или более элементов V или U-образной формы, вершины которых жестко связаны с арматурным элементом прямоугольного сечения.
В строительных элементах, выполненных по любому из вариантов, элементы прямоугольного сечения выполнены из квадрата со стороной 10-16 мм или полосы толщиной 4-10 мм и шириной 20-40 мм, а арматурные элементы, выполненные из стержней, имеют диаметр 6-12 мм.
Третьим объектом настоящей полезной модели является стена, включающая строительные элементы, уложенные горизонтальными рядами на раствор с перевязкой швов, которая выполнена из строительных элементов, выполненных по любому из описанных выше вариантов в любом их сочетании, и уложенных на цементный клей класса В40-В50 по прочности на сжатие, и металлических полос, размещенных с внутренней стороны стены на горизонтальных или вертикальных швах (в зависимости от ориентации арматурных элементов прямоугольного сечения) и связанных
посредством сварки с элементами прямоугольного сечения каждого строительного элемента.
Стена, выполненная из строительных элементов по любому из описанных вариантов, имеет оптимальную толщину при минимальном армировании. Например, при выполнении стены из блоков без армирования (см. патент №42048 на полезную модель) при взломе на последней 1/3 толщины элемента бетон перестает работать, так как стык (шов между элементами) становится слабее бетона, и элемент целиком выбивается из кладки динамическим ударом. Конструкция строительного элемента при наличии минимального армирования, выполненного согласно настоящему изобретению, позволяет уменьшить толщину стены на 1/3 по сравнению со стеной без армирования, а по сравнению со стеной, выполненной из строительных элементов, описанных в SU 885490, уменьшить металлоемкость каждого блока примерно в три раза.
Сущность полезной модели раскрывается в примерах ее конкретной реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
Фиг.1 - строительный элемент, выполненный согласно первому варианту, вид в изометрии.
Фиг.2 - то же, с арматурным элементом V-образной формы из двух стержней, вид сверху.
Фиг.3 - то же, с гнутым арматурным элементом V-образной формы.
Фиг.4 - то же, с гнутым арматурным элементом U-образной формы.
Фиг.5 - то же, с дополнительным арматурным элементом в виде стержня, соединяющим концы элемента V-образной формы.
Фиг.6 - то же, с дополнительным арматурным элементом прямоугольного сечения, расположенным на наружной стороне строительного элемента, вид в изометрии.
Фиг.7 - то же, с двумя арматурными элементами V-образной формы, вид в изометрии.
Фиг.8 - строительный элемент, выполненный согласно второму варианту, вид в изометрии.
Фиг.9 - то же, вид сверху.
Фиг.10 - то же, с концами арматурного элемента V-образной формы, расположенными в углах строительного элемента.
Фиг.11 - то же, с дополнительным элементом в виде стержня.
Фиг.12 - фрагмент стены, выполненной из элементов по первому варианту, вид с внутренней стороны.
Фиг.13 - то же, вид сверху.
Фиг.14 - фрагмент стены, выполненной из элементов по второму варианту, вид с внутренней стороны.
Фиг.15 - то же, вид сверху.
Строительный элемент 1 включает прямоугольное бетонное тело 2, выполненное из бетона класса В60-В90, и арматурный каркас. В первом варианте реализации (фиг.1-7) арматурный каркас образован двумя элементами 3 прямоугольного сечения, размещенными заподлицо с поверхностью на внутренней стороне 4 строительного элемента и проходящими до его граней, и одним арматурным элементом 5 или 6 (V или U-образной формы, соответственно), каждый конец которого жестко связан с одним из арматурных элементов 3, а вершина направлена к наружной стороне 7 строительного элемента 1.
Арматурный элемент 5 или 6 установлен преимущественно перпендикулярно внутренней стороне 4 строительного элемента, при этом он может быть выполнен из стержня, полосы или квадрата (фиг.3, 4) цельным или образованным из двух сваренных между собой частей 8 (фиг.2).
Армированный блок 1 может быть снабжен дополнительным арматурным элементом 9, соединяющим между собой ветви арматурных элементов 5 или 6 (фиг.5) для придания арматурному каркасу дополнительной жесткости.
Преимущественно дополнительный арматурный элемент 9 выполнен из арматурного стержня, но может быть выполнен также из полосы или квадрата, и установлен встык или внахлестку относительно концов элементов 5 или 6.
Строительный элемент 1 (фиг.6) может быть снабжен дополнительным арматурным элементом 10 преимущественно прямоугольного сечения. Элемент 10 размещен заподлицо с поверхностью на наружной стороне 7 строительного элемента 1 и жестко связан с вершиной элемента 5 или 6. Один конец элемента 10 проходит до одной из граней строительного элемента 1 для обеспечения дополнительной жесткости арматурного каркаса и надежной фиксации его в форме при изготовлении строительного элемента.
1
1
4
2
Преимущественно элементы 3 прямоугольного сечения расположены вертикально или горизонтально (не показано) на расстоянии от граней строительного элемента 1, равном / 1, где 1 - расстояние между данными гранями, равное от 100 до 400 мм. Концы арматурного элемента 5 или 6 связаны с элементами 3 в их центральной части, то есть на расстоянии, равном / h, где h - высота строительного элемента 1, которая равна 150-250 мм. Габариты строительного элемента 1 (в том числе шаг расположения арматурных элементов 3 по горизонтали или вертикали и толщина) выбираются из условий обеспечения требуемого класса устойчивости к взлому возводимой из них стены.
Для стен от V до Х класса устойчивости к взлому толщина строительного элемента 1 изменяется от 145 до 400 мм, при этом он может содержать один или два элемента 5 или 6 (V или U-образной формы), концы которых жестко связаны с арматурными элементами 3 прямоугольного сечения. Во втором варианте реализации (фиг.8-11) строительный элемент 11 также включает прямоугольное бетонное тело 2, выполненное из бетона класса В60-В90, и арматурный каркас (на чертежах аналогичные элементы обозначены теми же номерами, что и в первом
варианте). Отличие состоит в том, что арматурный каркас образован одним арматурным элементом 3 прямоугольного сечения, размещенным заподлицо с поверхностью на внутренней стороне 4 строительного элемента 11 и проходящим до его граней, и, по меньшей мере, одним арматурным элементом 5 или 6 (V или U-образной формы). В этом случае с элементом 3 жестко связаны не концы элемента 5 или 6, а его вершина, концы при этом направлены к наружной стороне 7 строительного элемента 11.
Для придания большей жесткости арматурному каркасу концы арматурного элемента 5 или 6 проходят к углам (граням) строительного элемента 11 или связаны между собой посредством дополнительного арматурного элемента 9. Элемент 9, выполнен аналогично элементу 9, описанному в первом варианте.
1
1
1
2
2
2
При использовании строительного элемента 11 в качестве доборного к строительному элементу 1 арматурный элемент 3 прямоугольного сечения расположен от граней строительного элемента 11 на расстоянии, равном / k, где k - расстояние между данными гранями, которое равно / 1, а вершина арматурного элемента 5 или 6 связана с элементом 3 в его центральной части, то есть на расстоянии от граней, равном / h, где h - высота строительного элемента 1, 11.
Как и в первом варианте исполнения строительный элемент 11 может содержать два или более элементов 4, 6 V или U-образной формы, вершины которых жестко связаны с арматурным элементом 3 прямоугольного сечения.
Во всех вариантах арматурные элементы 3, 10 прямоугольного сечения выполнены из квадрата со стороной 10-16 мм или полосы толщиной 4-10 мм и шириной 20-40 мм, а арматурные элементы 4, 5, 9, выполненные из арматурных стержней, имеют диаметр 6-12 мм.
На фиг.12-15 показаны фрагменты стен 12, 13 из строительных элементов, выполненных по первому или по второму вариантам, соответственно (смешанный вариант на чертежах не показан). Стена 12, 13 включает строительные элементы 1, 11, уложенные горизонтальными
рядами на цементный клей 14 класса В40-В50 по прочности на сжатие с перевязкой швов, и металлические полосы 15, размещенные с внутренней стороны стены на горизонтальных швах (вертикальное расположение аналогично, поэтому на чертежах не показано) и связанных посредством сварки с элементами прямоугольного сечения 3 каждого строительного элемента 1 или 11 в точках 16.
Строительные элементы и стены из них изготавливают следующим образом.
Для строительных элементов V класса устойчивости к взлому предварительно нарезали заготовки для арматурного каркаса: квадрат 14×14 мм, арматурные стержни диаметром 12 мм. Из нарезанных заготовок сварили арматурный каркас требуемого вида и разместили его в форме. Затем форму заполнили бетоном класса В90 и подвергли виброуплотнению и термической обработке. Из готовых блоков сооружали хранилище ценностей V класса устойчивости к взлому. На подготовленное основание нанесли слой цементного клея класса В50 по прочности на сжатие и уложили первый горизонтальный ряд строительных элементов 1. Затем нанесли слой цементного клея и уложили второй ряд строительных элементов 1 с перевязкой швов. Далее кладка стены велась аналогично. На швы установили металлические полосы, приваривая каждую из них ко всем элементам прямоугольного сечения, расположенных в смежных рядах кладки. Фрагмент стены испытали в соответствии с ГОСТ Р 50862-96. Испытания показали, что фрагмент стены соответствует V классу устойчивости к взлому. Масса арматурного каркаса одного элемента составила 1,4 кг, что примерно в два раза меньше, чем в известных конструкциях. Изготовление строительных элементов по любому из описанных выше вариантов и возведение стен из них осуществляется аналогично, поэтому примеры изготовления для каждого варианта не приводятся.
Из вышесказанного следует, что строительный элемент, выполненный согласно настоящей полезной модели, пригоден для возведения стен от V до
X класса устойчивости к взлому, имеет при этом невысокую металлоемкость и простую конструкцию, что значительно снижает себестоимость его изготовления и себестоимость возведения стены хранилища в целом.