Плитная железобетонная конструкция
SLAB REINFORCED CONCRETE STRUCTURE

Изобретение относится к области строительства и предназначено для создания зданий и сооружений с повышенной несущей способностью и жесткостью и направлено на восприятие изменяющихся силовых потоков при особом воздействии, вызванном внезапным удалением одного из несущих элементов, и как следствие - повышении сопротивляемости плитной железобетонной конструкции прогрессирующему лавинообразному обрушению при особых и аварийных воздействиях.
Известна конструкция безбалочного железобетонного перекрытия, содержащая бетонное тело, внутри которого расположен сборный сердечник из вертикальных металлических пластин с отверстиями, и из арматурного каркаса, выполненного из позиционированных напряженных и/или ненапряженных армирующих элементов, расположенных в отверстиях пластин (Патент РФ на изобретение № 2 194 825 С2,  дата публикации 20.12.2002, ). Невозможность достижения указанным техническим решением технического результата, достигаемого заявляемой конструкцией обуславливается тем, что вертикальные металлические пластины располагаются в зонах от грани колонны к плите перекрытия на расстоянии 2h, где h - толщина плиты, которое является недостаточным для надежной работы конструкции, при этом компоновка пластин выполнена в виде четырех уголков, не связанных между собой, что приводит к их работе только на срез, а использование пластин не по всей толщине бетонного тела приводит к отсутствию связи между нижней и верхней сетками продольной арматуры, возможному образованию сколов бетона в месте горизонтального контакта пластин и бетона, необходимостью дополнительно обеспечивать совместную работу усилительных пластин и бетона, а также вклад усилительных пластин аналога в несущую способность на изгиб отсутствует. Приведенное перекрытие не рассчитано на сопротивление прогрессирующему обрушению при сложном напряженно-деформированном состоянии в нем, таким образом, конструкция аналога обладает недостаточной эксплуатационной надежностью и требует конструктивной доработки.
Известна плитная строительная конструкция, содержащая бетонное тело, внутри которого расположен сборный сердечник из рядов вертикальных металлических пластин с отверстиями, установленных на высоту сечения бетонного тела и скомпонованных между собой в решетчатую структуру из перекрестно расположенных рядов, и из арматурного каркаса, выполненного из позиционированных напряженных и/или ненапряженных армирующих элементов, расположенных в отверстиях пластин (патент РФ на изобретение № 2 457 302 С1, дата приоритета 10.03.2011, дата публикации 27.07.2012, авторы Пекин Д.А., Прилуцкий О.Г., RU). К недостаткам аналога относится то, что при изменении напряженного состояния пластины, установленные на такой длине, не обеспечивают восприятие изменяющихся силовых потоков, из-за чего конструкция также не защищена от прогрессирующего обрушения.
Наиболее близкой к заявляемому решению является плитная железобетонная конструкция, в узлах сопряжения вертикальных конструктивных элементов и плитных железобетонных конструкций которой устанавливается металлическая решетка, образованная перекрестным соединением металлических пластин, размещаемых вертикально на всю высоту сечения, с предварительно сделанными отверстиями под сжатую и растянутую продольную арматуру, с установкой в эти отверстия ненапрягаемой и/или напрягаемой арматуры и последующим бетонированием. (патент РФ на полезную модель № 73 891  дата публикации 10.06.2008). Недостатком прототипа является то, что описанное решение не обеспечивает сопротивляемость сложнонапряженной конструкции прогрессирующему обрушению при внезапных аварийных воздействиях. Конструкция не защищена от прогрессирующего обрушения, поскольку металлические пластины, установленные таким образом в месте сопряжения плитной железобетонной конструкции с вертикальным конструктивным элементом, не обеспечивают восприятие внезапно изменяющегося направления силовых потоков в конструкции.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение состоит в создании плитной железобетонной конструкции с повышенной жесткостью и несущей способностью, обеспечивающей восприятие изменяющихся в конструкции силовых потоков при особом воздействии, вызванном внезапным удалением одного из несущих элементов, а также снижении материалоемкости плитной конструкции.
k
Для достижения технического результата в заявляемой конструкции используются металлические пластины, размещаемые во взаимно перпендикулярных направлениях в плане, в зоне пересечения с телом колонны, вертикально на всю высоту рабочего сечения плиты в пределах тела колонны и выступают за ее грани на длину h/2, пластины окантовываются стержневой арматурой, которая продлена на всем расстоянии в межколонном пространстве, пространство между этими стержнями и торцами пластин заполняется взаимно ортогональными наклонными стержнями. Такое решение вместе с установленной в приопорных зонах плит косвенной арматурой, пропущенными предварительно напряженными арматурными стержнями в верхней и нижней зонах плиты во взаимно перпендикулярном направлении в плане, а также стержнями-отгибами, установленными в зоне пересечения плиты с колонной,  обеспечивает работу плиты на совместное действие поперечной силы, изгибающего и крутящего моментов и срез по наклонному сечению в сложнонапряженной приопорной зоне и обеспечивает сопротивляемость каркаса здания внезапно изменяемым силовым потокам в конструкции плиты в зонах сопряжения ее с колоннами, вызванным удалением одной из несущих колонн первого этажа и, как следствие - сопротивление локальному и прогрессирующему обрушению всего каркаса здания при аварийных воздействиях. Задачей предлагаемого изобретения является повышение защиты каркаса от прогрессирующего обрушения при внезапном изменении направления силовых потоков в плитной конструкции.
Сущность заявляемого патента поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображен фрагмент плана плитной железобетонной конструкции;
- на фиг. 2 разрез 1-1.
k
Плитная железобетонная конструкция включает в себя бетонное тело в виде плиты (1), внутри которого расположены плоские металлические пластины (2), ненапрягаемая или напрягаемая продольная и поперечная арматура (3). Ненапряженные или предварительно напряженные арматурные стержни (3) устанавливаются на всем расстоянии в межколонном пространстве в верхней и нижней зонах плиты во взаимно перпендикулярном направлении в плане и пропускаются через тело бетона колонн (4) в пределах ширины, равной ширине колонны (4). Металлические пластины (2) устанавливаются во взаимно перпендикулярном направлении в плане, в зоне пересечения с телом колонны (4) вертикально на всю высоту рабочего сечения плиты (1), в пределах тела колонны (4) с выступом за ее грани на длину h/2. Металлические пластины (2) окантовываются стержневой арматурой (5), которая продлена на всем расстоянии в межколонном пространстве, пространство между этими стержнями и торцами пластин заполняется взаимно ортогональными наклонными стержнями (6). Участки плиты (1), примыкающие к колонне (4), на четверть пролета армируются косвенной арматурой в виде сеток (7), выполненных из двух частей в виде гребенок, установленных ортогонально друг к другу. В зоне пересечения плиты (1) с колонной (4) в двух взаимно перпендикулярных направлениях устанавливаются стержни-отгибы (8), соединяемые в плите (1) с окантовочными стержнями (5), а в колонне (4) с рабочими стержнями (9) колонны. В зоне стержней-отгибов (8) в теле колонны (4) дополнительно устанавливается косвенная арматура (10). Узел сопряжения плитной железобетонной конструкции и колонны (4) обеспечивает неразрезность плиты (1) и колонны (4), поскольку металлические пластины (2) и окантовывающие их арматурные стержни (5), пропускаются через тело колонны, а стержни-отгибы, расположенные в зоне пересечения плиты (1) с колонной (4), соединяются с рабочей арматурой (9) колонн (4) и окантовочными стержнями (5) при помощи сварки.
Описанное решение плитной железобетонной конструкции с принятой схемой расположения металлических деталей и арматуры обладает повышенной жесткостью, обеспечивающей сопротивление изменяющимся силовым потокам, вызванным аварийными воздействиями на конструкцию. Взаимно перпендикулярные металлические пластины и арматурный каркас внутри бетонного тела, скомпонованные между собой описанным образом в пространственную структуру, обеспечивают совместную работу металлических пластин, арматуры и бетона по всей высоте рабочего сечения плиты и совместно с колоннами каркаса здания, что повышает сопротивляемость каркаса совместному действию поперечной силы, изгибающего и крутящего моментов, и как следствие - локальному, в зоне удаления колонны, и прогрессирующему обрушению при внезапном перераспределении силовых потоков в результате внезапного удаления одной из колонн.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить восприятие изменяющихся в каркасе силовых потоков при особом аварийном воздействии, вызванном внезапным удалением одной из несущих колонн, и как следствие обеспечивать повышение сопротивляемости каркаса локальному и прогрессирующему обрушению. Кроме того, предлагаемое решение позволяет снизить проектную толщину плиты при эксплуатационных и рассматриваемых особых воздействиях.