СБОРНОЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЕ СВОДЧАТОЕ ПОКРЫТИЕ

Полезная модель относится к строительным конструкциям и может быть использована в качестве покрытия зданий и сооружений.
Известна оболочка покрытия пролетом до 60 м, выполненная из линейных пустотелых железобетонных элементов из высокопрочного бетона и плоских или ребристых плит с ячейками световых проемов каркаса, заполненных самоуравновешенной напряженной системой со светопрозрачным ограждением /1/.
Недостатком такой конструкции является ограниченный пролет, сложность конструктивной системы в виде выпуклого многогранника, что влечет за собой сложность изготовления и монтажа конструкции.
Известно сборное железобетонное сводчатое покрытие пролетом 12-42 м, включающее арки из криволинейных железобетонных плит шириной 3 м, образующих верхний пояс арок, и металлические затяжки с подвесками /2/.
Известно также сборное железобетонное сводчатое покрытие с прямолинейной образующей его поверхности, опертое по продольным краям, которое содержит панели с ребрами по контуру, шарнирно соединенные между собой по ширине покрытия, затяжки и гибкие связи, расположенные внутри свода покрытия /3/.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является конструкция складчатого покрытия в виде сводов, образованных диафрагмами в виде ферм или арок и плоских ребристых плит между ними /4/.
Недостатком известных сводчатых покрытий, приведенных выше, является возможность устройства светоаэрационных отверстий ограниченного размера. Причем, без значительного снижения прочности и жесткости покрытия, общая площадь отверстий не превышает 15% от общей площади покрытия. Попытка увеличения световых проемов приводит к значительному усложнению конструкции и увеличению расхода материалов.
Техническая задача полезной модели заключается в упрощении конструкции и монтажа железобетонных сводчатых покрытий с увеличенными световыми проемами за счет уменьшения числа типоразмеров сборных элементов, уменьшения веса конструкции и снижение себестоимости за счет сокращения расхода материалов.
Поставленная задача решается таким образом, что в сборном железобетонном сводчатом покрытии, включающем каркас из пересекающихся между собой тонкостенных железобетонных элементов в форме арок с металлическими затяжками, поперечных балок между арками, плиты покрытия и световые проемы, снабженные самоуравновешенными напрягаемыми системами, согласно полезной модели, световые проемы размещены по длине и ширине свода в ячейках, контурные элементы которых образованы прямыми, соединяющими середины поперечных балок и прямолинейных образующих верхних поясов арок, вписанных в окружность, а остальная часть поверхности свода образована сборными плитами, опирающимися на верхний пояс арок, поперечные балки и контурные элементы световых проемов. При этом железобетонные элементы каркаса могут быть выполнены в виде тонкостенных элементов коробчатого сечения из высокопрочного бетона не менее класса В60. Причем, в ячейках каркасов световых проемов, расположенных по длине и ширине свода, с опорами на элементы самоуравновешенной напрягаемой системы размещены светопрозрачные ограждения, составляющие более 50% от общей площади сводчатого покрытия.
Сборное железобетонное сводчатое покрытие отличается от известного тем, что световые проемы размещены по длине и ширине свода в ячейках, контурные элементы которых образованы прямыми, соединяющими середины поперечных балок и прямолинейных образующих верхних поясов арок, вписанных в окружность, а остальная часть поверхности свода образована сборными плитами, опирающимися на верхний пояс арок, поперечные балки и контурные элементы световых проемов
Сборное железобетонное сводчатое покрытие опирается по торцам на ряд колонн с помощью арок с металлическими затяжками. Образовавшиеся при пересечении линейных элементов каркаса ячейки заполняются плоскими или ребристыми плитами. При этом плиты привариваются к стержневому железобетонному каркасу. Свободные от плит ячейки, являющиеся световыми проемами общей площадью не менее 50 процентов от площади поверхности всей оболочки, заполняются самоуравновешенными напрягаемыми системами.
Самоуравновешенная напрягаемая система включает в себя верхние и нижние наклонные металлические стержни, соединенные с углами ячейки в форме ромба и концами центральной металлической стойки, изменение длины которой с помощью натяжного устройства или съемного домкрата, позволяет создать заданный уровень растяжения в наклонных стержнях. Указанная система является элементами жесткости сводчатого покрытия, что позволяет без тяжелых железобетонных ребер жесткости внутри ячеек каркаса, обеспечивать их неизменяемость, придать устойчивость всей системе сводчатого покрытия и снизить его вес.
На фиг.1 показан общий вид сборного железобетонного сводчатого покрытия; фиг.2 - (А-А) фиг.1; фиг.3 - (Б-Б) фиг.1; фиг.4 - (В-В) фиг.1; фиг.5 - самоуравновешенная напрягаемая металлическая система, вид в плане; фиг.6 - (Г-Г) фиг.5.
Сводчатое покрытие состоит из плоских или ребристых плит 1, опирающихся на верхний пояс арок 2, поперечные балки 3 и железобетонные элементы самоуравновешенных напрягаемых систем, и опирается на колонны 5. Самоуравновешенная напрягаемая система состоит из контурных элементов 4, верхних 6 и нижних 7 металлических стержней, центральной стойки 8, а также снабжена раздвижным устройством (талрепом) или съемным домкратом 9.
При необходимости возможно устройство дополнительных световых проемов с внутренней самоуравновешенной напрягаемой системой взамен отдельных ячеек с плитным покрытием.
Монтаж железобетонного сводчатого покрытия пролетом 72 м с шагом опор арок 12 м и рекомендованным расположением световых проемов производится в следующей последовательности.
Первоначально на специальном посту ведется сборка укрупненных монтажных элементов, заполняющих световые проемы, представляющих собой ячейки каркаса 4 (фиг.5), собранные в форме ромба, состоящего из четырех одинаковых железобетонных тонкостенных линейных элементов, расположенных в горизонтальной плоскости и соединенных в углах сваркой закладных деталей, внутри которых располагается самоуравновешенная напрягаемая металлическая система. Верхние 6 и нижние 7 наклонные металлические стержни этой системы соединены с узлами образованной ячейки и с металлической центральной стойкой 8 в виде вертикального трубчатого элемента, расположенного в центре ячейки светового проема.
Центральная стойка 8 снабжена раздвижным устройством (талрепом) или съемным домкратом 9. С помощью талрепа или домкрата центральная стойка удлиняется на заданную величину, вызывая в наклонных стержнях проектные значения растягивающих усилий.
Необходимая величина растягивающих усилий задается таким образом, чтобы при расчетных нагрузках на сводчатое покрытие в верхних наклонных стержнях 6, сжатых от внешних нагрузок, предварительные усилия преднапряжения не могли быть погашены.
При монтаже свода на колонны устанавливают две арки (контурную и соседнюю с ней), соединенные поперечными балками. Затем монтируют последующие арки, каждую из которых соединяют поперечными балками с уже установленными арками. В образовавшиеся между арками и поперечными балками квадратные ячейки устанавливают укрупненные монтажные элементы, внутри которых расположены самоуравновешенные напрягаемые металлические системы. После сварки закладных деталей и замоноличивания узлов производится укладка железобетонных плит, которые соединяют с каркасом с помощью сварки закладных деталей и замоноличивания швов.
Следующим этапом является устройство светопрозрачного покрытия из стекла, пластика или высокопрочной светопрозрачной ткани в ячейках световых проемов, оборудованных самоуравновешенной металлической напрягаемой системой (фиг.5, 6).
Готовое сводчатое покрытие может быть поднято целиком и установлено на опоры на проектной отметке.
Конструкция под действием вертикальной нагрузки работает как пространственная система в форме цилиндрического свода.
Сжимающие усилия передаются на опорные узлы со стороны элементов арок. Внецентренно сжатое напряженное состояние испытывают также контурные элементы световых проемов. В металлических затяжках арок и поперечных балках между арками возникают растягивающие усилия. Растягивающие усилия в нижних тяжах металлических самоуравновешенных напрягаемых систем при нагружении увеличиваются, а в верхних - уменьшаются. Однако, благодаря предварительному напряжению, оставшаяся часть усилия всегда должна быть растягивающей, что обеспечивает жесткость и статическую неизменяемость всей оболочки.
Полезная модель позволяет создать железобетонные сводчатые покрытия с большими световыми проемами, сократить их себестоимость за счет снижения веса конструкций, применения высокопрочного бетона, уменьшения числа типоразмеров сборных элементов и упрощения монтажа.
Источники информации
1. Железобетонные пространственные конструкции покрытий и перекрытий. Методы расчета и конструирование: СП-52-117-2008*; п.9.4, М., 2010.
2. Каталог рекомендуемых типов пространственных конструкций для применения при строительстве общественных зданий с большими пролетами. ЛЕНЗНИИЭП, шифр Т-370.01-72/11, Ленинград, 1979 г., стр.82-83.
3. Патент РФ №2298069.. Е04В 7/08, публ. 27.04.2007 г.
4. Патент РФ №38797, кл. E04F 13/00, публ. 10.07.2004 г., (прототип)