Способ возведения большепролётных перекрытий и покрытий
METHOD OF ERECTING LARGE-SPAN CEILINGS AND COATINGS

Изобретение относится к области строительства, а именно, к технологическим процессам возведения перекрытий и покрытий зданий и сооружений, и может быть использовано при возведении большепролетных монолитных железобетонных перекрытий и легких стальных тонкостенных конструкций покрытий зданий и сооружений различного назначения без использования съемной переставной опалубки при строительстве или реконструкции.
1
Известен способ возведения большепролетных монолитных железобетонных перекрытий по патенту Российской Федерации N 2637248, кл. Е04В 1/30, 2017 г., по которому на стены или колонны с заданным шагом устанавливают двутавровые балки, затем в пространство между балками на нижние их полки укладывают профильный лист как несъемную опалубку по всей длине каждой балки до стены и закрепляют ее к стене и нижней полке каждой балки, устанавливают арматурные каркасы и арматурные сетки и укладывают бетонную смесь. Стенку каждой двутавровой балки выполняют гофрированной, а ее полки выполняют разноразмерными, причем верхнюю полку каждой балки выполняют шириной меньше ширины нижней полки, несъемную опалубку выполняют в виде набора отдельных опалубочных элементов, каждый из которых выполняют в сечении в виде незамкнутой трапеции с верхним и нижним основаниями с высотой «Н», равной 0,8-0,9 «H» высоты двутавровой балки, но не менее 1/30 перекрытия, и укладывают на нижние полки балок поочередно, соединяя их между собой, причем выполняют их из двух отрезков, которые соединяют внахлест при укладке на нижние полки и скрепляют эти отрезки между собой, а концы каждого опалубочного элемента несъемной опалубки, лежащие на нижних полках балок, закрепляют к нижним полкам балок. Нижнее основание незамкнутой трапеции выполняют с отбортовками, а набор полотна несъемной опалубки осуществляют посредством укладки и стыковки между собой отдельных опалубочных элементов посредством отбортовок, для чего последующий опалубочный элемент отбортовкой укладывают в отбортовку предыдущего оплубочного элемента и скрепляют между собой по всей длине отбортовки крепежными элементами, причем шаг отбортовок опалубочного элемента задают от двух до трех высот опалубочного элемента I=2Н-3Н.
Данный способ позволяет возводить перекрытия без использования дополнительных балок или ригелей, при этом значительно снижая общую высоту сооружения.
Однако конструктивное перекрытие не достаточно обеспечивает его несущую способность и точность позиционирования полотна перекрытия при выполнении большепролетных перекрытий, а также при больших пролетах требует установки дополнительной съемной, переставной поддерживающей опалубки.
Известен способ изготовления большепролетных покрытий ангара по патенту Российской Федерации №2464387, кл. Е04В 1/32, 2012 г., согласно которому изготавливают колонны и элементы покрытия, состоящие из системы несущих продольных и поперечных конструкций. Большепролетное покрытие ангара собирают на уровне поверхности строительной площадки, причем одну половину колонн изготавливают подвижными, а другую половину колонн - неподвижными, каждую ферму выполняют в виде соединения двух балок, одну из которых соединяют с подвижной колонной, а другую - с неподвижной колонной, затем с помощью подъемных механизмов и временных монтажных приспособлений поднимают балки с колоннами и устанавливают их в проектное положение, скрепляют их друг с другом, затем в нижнем поясе каждой балки покрытия с помощью затяжек из несущих канатов создают предварительное напряжение в этих канатах и несущих конструкциях покрытия ангара, по внешнему контуру фундаментов колонн с помощью затяжек из системы несущих канатов создают предварительное напряжение в этих канатах и закрепляют их в несущих опорных узлах, затем поднятое на высоту колонн покрытие ангара закрепляют на фундаментах и демонтируют подъемные механизмы и временные монтажные приспособления.
Использование данного технического решения позволило уменьшить конструктивную высоту большепролетного покрытия ангара, снизить затраты при сборке и монтаже покрытия ангара, снизить габаритные размеры секций покрытия, упростить транспортабельность, уменьшить высоту отдельных конструкций отапливаемого помещения ангара, эффективно эксплуатировать объемы и, как следствие, снизить эксплуатационные затраты.
Однако конструктивное исполнение остается все же сложным, а технологический процесс трудоемким и трудозатратным.
Известен способ возведения здания по патенту Российской Федерации №2173750, кл. Е04В 1/18, 2001 г., по которому сооружают фундамент, устанавливают колонны, бетонируют плиты перекрытия и покрытия. После возведения колонн устанавливают опалубку перекрытий и покрытий, часть которых выполняют с консолью, на опалубку устанавливают пустотообразующие элементы с шагом, посредством которого образуют каналы, в которые укладывают арматурные каркасы, причем пустотообразующие элементы устанавливают между колоннами и на консолях параллельно одной из осей здания, или под углом к ней, или по радиусу, а на пустотообразующие элементы укладывают арматурные сетки, после чего бетонируют плиты перекрытия и покрытия.
На опалубку перекрытий и покрытий укладывают бетонно-растворную смесь, а затем на нее устанавливают пустотообразующие элементы. Пустотообразующие элементы устанавливают, например, на сборные или монолитные балки.
Система перекрытия и покрытия, полученная благодаря использованию данного технического решения, после набора бетоном требуемой прочности представляет собой без ригельную плиту, работающую в двух направлениях, что позволяет перекрывать значительные площади помещений здания. Плита перекрытия имеет оптимальный собственный вес, но ограниченную несущую способность.
Однако, на установку, монтаж и демонтаж опалубки требуются дополнительные затраты времени, что значительно сдерживает строительство объекта в целом.
Известен способ возведения монолитных конструкций зданий: фундаментов, ростверки, кессонов, стен, колонн, перекрытий и покрытий по патенту Российской Федерации №2552506, кл. Е04В 2/86, 2015 г., принятый заявителем за прототип. По этому способу сооружают фундамент, ростверки, кессоны, стены, колонны, ригели, бетонируют перекрытия и покрытия. После возведения колонн и стен сооружают перекрытия, для чего на ригели и/или уже возведенные нижележащие стены устанавливают несъемную универсальную модульную опалубочную систему с кессонообразователями, в кессонообразователи которой на дистанцеры устанавливают рабочие арматурные каркасы и укладывают арматурные сетки и/или канаты, после чего бетонируют монолитные конструкции перекрытия здания, оставляя пазы для натяжения канатов, а после набора прочности бетона производят натяжение канатов в бетоне через пазы, а пазы затем в конструкциях замоноличивают.
Использование данного технического решения расширяет технологические возможности несъемной универсальной модульной опалубки, повышает качество и несущую способность возводимых монолитных конструкций, сокращает трудоемкость и снижает материалоемкость и себестоимость строительных конструкций в процессе их возведения.
Однако технологические возможности данного технического решения не позволяют в достаточной степени готовности возводить большепролетные железобетонные перекрытия и легкие стальные тонкостенные конструкции покрытий зданий и сооружений различного назначения без использования переставной опалубки при строительстве или реконструкции.
Технической проблемой описанного решения является возникающие технологические и конструктивные сложности, требующие применения дополнительно переставной поддерживающей опалубки, перестройки и доработки для получения возможности возведения большепролетных перекрытий и покрытий без снижения их несущей способности и качества возводимых перекрытий и покрытий.
Поставленная техническая проблема решается тем, что в предлагаемом решении, по которому возводят фундамент, монтируют пространственные рамы из колонн, балок перекрытий и ферм покрытий включающих верхние пояса, настил силовой, возводят перекрытия и покрытия, в которые включают несущие продольные и поперечные конструкции; для восприятия эксплуатационных нагрузок в качестве продольных несущих конструкций используют настил силовой и сталежелезобетонные конструкции для восприятия нагрузок перекрытием, а также настил силовой и легкие стальные тонкостенные конструкции для восприятия нагрузок покрытием, для чего на верхний пояс балки перекрытия и/или фермы покрытия устанавливают дополнительные поперечные опоры, а на дополнительные поперечные опоры устанавливают настил силовой, причем настил силовой выполняют несъемным из модульных элементов, которые соединяют друг с другом, профиль каждого модульного элемента в сечении выполняют в виде незамкнутой трапеции, содержащей верхнее основание и незамкнутое нижнее основание с отбортовками, причем посредством отбортовок соединяют модульные элементы в настил силовой, за счет чего образуют и/или нижнюю поверхность перекрытия, во внутреннем объеме которого, ограниченном профилем незамкнутой трапеции модульного элемента, размещают арматурный каркас и последовательно заливают его бетоном, посредством чего получают несущее монолитное сталежелезобетонное перекрытие; и/или образуют нижнюю поверхность легкого стального тонкостенного покрытия, для чего на малое верхнее основание незамкнутой трапеции профиля модульного элемента, из которых собирают настил силовой покрытия, укладывают утеплитель, по которому монтируют кровельное покрытие для защиты нижерасположенных конструктивных элементов покрытия от атмосферных осадков, суточных и сезонных колебаний температур, солнечной радиации и ветра, посредством чего получают несущее покрытие.
Кроме того, каждую дополнительную поперечную опору выполняют с вылетом с каждой стороны, превышающем ширину верхнего пояса балки перекрытия или фермы покрытия, по меньшей мере, на 1/2 высоты Н модульного элемента настила силового, а также выполняют дополнительную поперечную опору с продольным углублением в виде сквозной канавки для точности позиционирования и фиксации на ней настила силового перекрытия или покрытия, и устанавливают дополнительную поперечную опору перпендикулярно продольной оси балки перекрытия и/или фермы покрытия.
Кроме того, каждый модульный элемент настила силового изготавливают из листовой стали высотой Н не менее 260 мм, а на верхнем основании незамкнутой трапеции профиля модульного элемента по оси симметрии выполняют, по меньшей мере, два ребра жесткости с продольными канавками для точной установки и соединения настила силового с дополнительными поперечными опорами.
Кроме того, соединяют модульные элементы посредством отбортовок в настил силовой и скрепляют их друг с другом на дополнительных поперечных опорах статболтами, чем повышают сцепление настила силового с монолитным бетоном и обеспечивают совместную работу несъемного настила силового с монолитным бетоном, а в продольные сквозные канавки дополнительных поперечных опор по их длине устанавливают самонарезные винты или клепки для создания настилу силовому дополнительной жесткости.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в расширении технологических возможностей, в том числе возможности возводить большепролетные монолитные железобетонные перекрытия и легкие стальные тонкостенные конструкции покрытий с повышенной несущей способностью и высокой точностью позиционирования полотна перекрытия и покрытия на верхних поясах балок перекрытий и ферм покрытий.
На фиг. 1 изображены фундамент и несущая пространственная рама сооружения;
на фиг. 2 изображено сечение А-А на фиг. 1, фрагмент перекрытия;
на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1, фрагмент покрытия;
на фиг. 4 - дополнительная поперечная опора с продольным углублением в виде сквозной канавки;
на фиг. 5 - модульный элемент для изготовления настила силового;
на фиг. 6 - узел I на фиг. 1 сечение перекрытия;
на фиг. 7 - график предельных нагрузок, воспринимаемых настилом силовым.
Заявленная строительная конструкция представляет собой большепролетное сооружение, содержащее фундамент 1, на котором смонтированы пространственные рамы из колонн 2, балок 3 перекрытий и ферм 4, и/или балок покрытий, включающих верхние пояса соответственно верхний пояс 5 балки перекрытия и верхний пояс 6 фермы покрытия, сами перекрытия и покрытия, которые включают несущие продольные и поперечные конструкции. Балки 3 перекрытия при этом установлены с заданным шагом L, определенным величиной пролета (фиг. 7).
В качестве продольных несущих конструкций в перекрытии использованы настил силовой и прочные, тяжелые сталежелезобетонные конструкции, а в качестве продольных несущих конструкций покрытия использованы настил силовой легкие стальные тонкостенные конструкции.
Для восприятия эксплуатационных нагрузок на верхнем поясе 5 балки 3 перекрытия и на верхнем поясе 6 фермы 4 покрытия установлены дополнительные поперечные опоры 7, а на дополнительных поперечных опорах 7 установлен настил силовой. Причем для возведения перекрытия использован настил силовой 8, а для покрытия использован настил силовой 9.
При этом каждый настил силовой 8 и 9 выполнен несъемным из модульных элементов 10 (фиг. 5), которые соединены друг с другом в настил силовой 8 или 9. Каждый модульный элемент 10 в сечении выполнен в виде незамкнутой трапеции, содержащей малое верхнее основание 11 и большое незамкнутое нижнее основание 12 с отбортовками 13, посредством которых модульные элементы 10 соединены в силовой настил 8 и 9. Скреплены модульные элементы 10 друг с другом статболтами 14 и/или самонарезными винтами для повышения сцепления настила силового 8 с монолитным бетоном и обеспечения совместной работы несъемного настила силового 8 перекрытия с бетоном.
В сталежелезобетонной конструкции перекрытия настил силовой 8, собранный из модульных элементов 10, образует нижнюю поверхность перекрытия, во внутреннем объеме которого, ограниченном профилем незамкнутой трапеции модульного элемента 10, размещен арматурный каркас 15 и который затем заливают бетоном, превращая сталежелезобетонную конструкцию в несущее монолитное сталежелезобетонное перекрытие.
А в легком стальном тонкостенном покрытии настил силовой 9, собранный также из модульных элементов 10, образует нижнюю поверхность легкого стального тонкостенного покрытия, на которой уложен утеплитель 16 и смонтировано кровельное покрытие 17.
Каждая дополнительная поперечная опора 7 выполнена с вылетом с каждой стороны, превышающем ширину верхнего пояса 5 балки 3 перекрытия или верхнего пояса 6 фермы 4 покрытия, по меньшей мере, на 1/2 высоты Н модульного элемента 10 настила силового 8 или 9. А также выполняют дополнительную поперечную опору 7 с продольным углублением 18 в виде сквозной канавки для точности позиционирования и фиксации на ней настила силового 8 или 9, и устанавливают дополнительную поперечную опору 7 перпендикулярно продольной оси балки 3 перекрытия и/или фермы 4 покрытия.
Каждый модульный элемент 10 настила силового 8 и 9 изготавливают из листовой стали высотой Н не менее 260 мм, а на верхнем основании 11 незамкнутой трапеции профиля модульного элемента 10 по оси симметрии выполняют, по меньшей мере, два ребра жесткости 19 с продольными канавками 20 для точной установки и соединения настила силового 8 и 9 с дополнительными поперечными опорами 7, а именно, посредством продольного углубления 18. А также используют торцевые заглушки 21 для удержания бетона во время бетонирования перекрытия.
Применение модульных элементов несъемной опалубки позволяет осуществлять производство строительных конструкций с различными планировочными решениями.
Изготовление модульных элементов не требует значительной материально-технической базы. Небольшой вес элементов дает возможность их устанавливать без применения грузоподъемных механизмов. Установка готовых модульных элементов позволяет сократить время при монтаже настила силового и снизить себестоимость работ.
Модульный элемент является основным элементом настила силового, с применением которого, кроме перекрытия и покрытия, сооружают в основном все монолитные конструкции здания.
Он выполнен из оцинкованной или нержавеющей стали из листовой заготовки толщиной, по меньшей мере, 0,8 мм и высотой Н не менее 260 мм, способом холодной штамповки или проката и имеет сечение в виде незамкнутой трапеции с верхним основанием-полкой и нижним незамкнутым основанием. На верхнем основании-полке и боковых поверхностях незамкнутой трапеции профиля модульного элемента для увеличения жесткости элемента и собранной из него строительной конструкции выполняют поперечные ребра жесткости, которые могут быть выполнены выпуклыми или вогнутыми. А установленный на верхнее основание-полку модульный элемент представляет собой кессонообразователь для заливки бетоном, в котором размещают рабочий арматурный каркас и/или канаты.
Возведение большепролетных перекрытий и покрытий с использованием настила силового осуществляют следующим образом.
После возведения фундамента 1, монтируют пространственные рамы из колонн 2, балок 3 перекрытий и ферм 4 покрытий, включающих верхние пояса 5 и 6 соответственно. Возводят перекрытия и покрытия, в которые включают несущие продольные и поперечные конструкции.
Для восприятия эксплуатационных нагрузок перекрытием в качестве продольных несущих конструкций используют сталежелезобетонные конструкции и легкие стальные тонкостенные конструкции в качестве продольных несущих конструкций покрытия, для чего на верхний пояс 5 балки 3 перекрытия и/или верхний пояс 6 фермы 4 покрытия устанавливают дополнительные поперечные опоры 7, а на дополнительные поперечные опоры 7 устанавливают настил силовой 8 и/или 9. Причем настил силовой 8 и/или 9 выполняют несъемным из модульных элементов 10, которые соединяют друг с другом в настил силовой 8 и/или 9.
Профиль каждого модульного элемента 10 в сечении выполняют в виде незамкнутой трапеции, содержащей малое верхнее основание 11 и большое незамкнутое нижнее основание 12 с отбортовками 13, посредством которых соединяют модульные элементы 10 в настил силовой 8 и 9, для чего соединенные между собой отбортовками 13 модульные элементы 10 и скрепляют их друг с другом на дополнительных поперечных опорах 7 статболтами 14 и/или самонарезными винтами, чем повышают сцепление настила силового 8 и/или 9 с монолитным бетоном и обеспечивают в дальнейшем совместную работу каждого несъемного настила силового с монолитным бетоном. А в продольные углубления 18 в виде сквозных канавок дополнительных поперечных опор 7 по их длине устанавливают самонарезные винты или клепки для создания настилу силовому дополнительной жесткости. И устанавливают торцевые заглушки 21 для удержания бетона во время заливки бетона.
За счет этого образуют, например, нижнюю поверхность перекрытия, во внутреннем объеме которого, ограниченном профилем незамкнутой трапеции модульного элемента 10, размещают арматурный каркас 15 и последовательно заливают его бетоном, посредством чего получают несущее монолитное сталежелезобетонное перекрытие.
А также за счет этого образуют нижнюю поверхность легкого стального тонкостенного покрытия, для чего на малое верхнее основание 11 незамкнутой трапеции профиля модульного элемента 10, из которых собирают силовой настил покрытия 9, укладывают утеплитель 16, по которому монтируют кровельное покрытие 17 для защиты нижерасположенных конструктивных элементов покрытия от атмосферных осадков, суточных и сезонных колебаний температур, солнечной радиации и ветра, посредством чего получают несущее покрытие.
Причем каждую дополнительную поперечную опору 7(фиг. 4) выполняют с вылетом с каждой стороны, превышающем ширину верхнего пояса 5 балки 3 перекрытия или верхнего пояса 6 фермы 4 покрытия, по меньшей мере, на 1/2 высоты Н модульного элемента 10 настила силового 8 или 9. Кроме того, выполняют дополнительную поперечную опору 7 с продольным углублением 18 в виде сквозной канавки для точности позиционирования и фиксации на ней настила силового 8 перекрытия или 9 покрытия и устанавливают ее перпендикулярно продольной оси балки 3 перекрытия и/или фермы 4 покрытия.
А каждый модульный элемент 10 настила силового 8 и 9 изготавливают из листовой стали высотой Н не менее 260 мм, а на верхнем основании 11 незамкнутой трапеции профиля модульного элемента 10 по оси симметрии выполняют, по меньшей мере, два ребра жесткости 19 с продольными канавками 20 для точной установки и соединения настила силового 8 и 9 с дополнительными поперечными опорами 7, а именно, посредством продольного углубления 18.
После установки дополнительных поперечных опор 7 на верхние пояса 5 балок 3 перекрытия и на верхние пояса 6 ферм 4 покрытия, модульные элементы 10 укладывают на дополнительные поперечные опоры 7, для чего продольные канавки 20, выполненные на ребрах жесткости 19 малого верхнего основания 11 каждого модульного элемента 10 совмещают с продольным углублением 18 в виде сквозной канавки на каждой дополнительной продольной опоре 7, за счет чего точно позиционируют, устанавливают и фиксируют на ней каждый из модульных элементов 10.
Соединяют модульные элементы 10 в настил силовой 8 или 9 посредством отбортовок 13 и скрепляют их друг с другом на дополнительных поперечных опорах 7 статболтами 14 или самонарезными винтами, чем повышают сцепление настила силового, например, 8 перекрытия с монолитным бетоном и обеспечивают совместную работу несъемного настила силового 8 с монолитным бетоном, а в продольные сквозные канавки дополнительных поперечных опор 7 по их длине устанавливают самонарезные винты или клепки для создания настилу силовому 8 дополнительной жесткости.
После этого в технологическом порядке возводят окончательно перекрытия и покрытия.
Использование предлагаемого технического решения позволило расширить технологические возможности, в том числе возможности возводить большепролетные монолитные железобетонные перекрытия и легкие стальные тонкостенные конструкции покрытий с повышенной несущей способностью и высокой точностью позиционирования полотна перекрытия и покрытия на верхних поясах балок перекрытий и ферм покрытий, сократить трудозатраты и сроки строительства сооружений.