БЕСШАРНИРНОЕ ОДНОСВОДЧАТОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ С ЗАТЯЖКОЙ СТАНЦИИ МЕТРОПОЛИТЕНА ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при возведении сводов зданий и сооружений различного назначения и, в частности, станций метрополитена, сооружаемых в открытых котлованах.
Известно, что в арочных перекрытиях, как в двухшарнирных, так и бесшарнирных, в местах их установки на опоры (стены), возникают значительные вертикальные и горизонтальные силы, которые воздействуют на опоры (стены). Вертикальные силы, направленные вниз, воспринимают опоры (стены) и передают их через основание сооружения на грунт. Горизонтальные силы направлены непосредственно в сторону грунта. Если грунты достаточно прочны, то они воспринимают эти силы и препятствуют деформации опор (стен).
Величина этих сил зависит от размеров сооружения, соотношения высоты свода к пролету и величины расчетных нагрузок на перекрытие.
Известны конструкции станций метрополитена, представляющие собой пологий свод из монолитного железобетона, омоноличенный с вертикальными стенами (Ю.С. Фролов и др. «Метрополитены», Желдориздат, г. Москва, 2001 год, параграф 5.5, рис. 5-54, 5-55, 5-56)
Известны также двухшарнирные арки, которые применяются для сооружений мостов и сводчатых сооружений зданий. (А.И. Дыховичный «Строительная механика», Углетехиздат, Москва, 1959 год, глава 13, параграф 100, стр. 271)
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является односводчатое перекрытие (арка с затяжкой) (А.И. Дыховичный «Строительная механика», Углетехиздат, Москва, 1959 год, глава 13, параграф 101, стр. 220, 221)
Изображенная на рис. 220 арка с затяжкой является основным расчетным и монтажным элементом перекрытия. С обеих сторон арки, выше мест установки ее на опоры с внутренней стороны арки, закреплены одиночные металлические стержни-затяжки. Сверху в пролете арки закреплены металлические стержни подвески, нижние концы которых соединены со стержнями затяжек.
Недостатком этого технического решения является то, что при больших пролетах перекрытия и больших нагрузках на перекрытие для обеспечения несущей способности затяжки, необходимо увеличивать количество затяжек вдоль оси перекрытия. Соответственно увеличиваются затраты и время возведения перекрытия.
Кроме того, большое количество затяжек внутри свода станции (сооружения) может плохо сочетаться с ее архитектурным обликом, что является очень важным фактором для станции метрополитена.
Достигаемым при использовании предлагаемой полезной модели техническим результатом является повышение несущей способности затяжки перекрытия, снижение трудоемкости монтажа и ускорение строительного процесса.
Технический результат достигается тем, что в бесшарнирном односводчатом перекрытии с затяжкой станции метрополитена, включающем затяжку, расположенную в пролете перекрытия, свод которого установлен на стены-опоры, и подвеску, конструкция затяжки представляет собой пакет соединенных между собой стержней из прокатной стали круглой формы одинакового диаметра, состоящий из центрального осевого стержня, вокруг которого размещены внешние стержни, соединенные между собой и с поверхностью центрального осевого стержня по длине, каждая из подвесок выполнена в виде стержня круглой формы, диаметром меньшим диаметра стержней затяжки, и установлена под углом к плоскости расположения затяжки, на концевых участках затяжки в зоне бетонирования перекрытия центральный стержень затяжки снабжен анкером и связан с арматурным каркасом перекрытия, внешние стержни выполнены под углом к оси центрального стержня и связаны с арматурой перекрытия, верхние концы наклонных подвесок закреплены в центре верхней части свода перекрытия, а нижние концы подвесок выполнены загнутыми и соединены с внешними стержнями затяжки.
Выполнение конструкции затяжки в виде пакета соединенных между собой стержней, состоящего из центрального осевого стержня, вокруг которого размещены внешние стержни, соединенные между собой и с поверхностью центрального осевого стержня, а именно, повышение несущей способности затяжки перекрытия.
Кроме того, на концевых участках затяжки в зоне бетонирования перекрытия центральный стержень затяжки снабжен анкером и связан с арматурным каркасом перекрытия, внешние стержни выполнены под углом к оси центрального стержня и связаны с арматурой перекрытия, верхние концы наклонных подвесок закреплены в центре верхней части свода перекрытия, а нижние концы подвесок выполнены загнутыми и соединены с внешними стержнями затяжки.
Такая конструкция обеспечивает надежное соединение (закрепление) элементов конструкции затяжки с опорными элементами конструкции (с перекрытием свода) станции метрополитена и способствует достижению заданного технического результата - повышение несущей способности затяжки перекрытия и, как следствие, снижение трудоемкости монтажа и ускорение строительного процесса, что в настоящее время строительства метрополитенов является актуальным.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен поперечный разрез станции метрополитена с односводчатым перекрытием, на фиг. 2 - продольный разрез станции, на фиг. 3 - разрез А-А, на фиг. 4 - затяжка, разрез В-В, на фиг. 5 - соединение нижнего конца подвески с затяжкой, разрез Г-Г, на фиг. 6 - анкерное соединение конца затяжки с арматурой, разрез Д-Д.
Бесшарнирное односводчатое перекрытие с затяжкой станции метрополитена из монолитного железобетона представляет собой пологий свод 1 переменной толщины, омоноличенный с вертикальными стенами-опорами 2 станции метрополитена. Противоположные опорные участки 3 свода 1 перекрытия выше места установки свода 1 на стены 2 соединены между собой затяжкой 4. В центральной верхней части 5 свода 1 перекрытия закреплены верхние концы 6 (фиг. 2) подвесок 7, установленных под углом к плоскости расположения затяжек 4.
В пролете перекрытия конструкция затяжки 4 представляет собой пакет соединенных между собой стержней из прокатной стали круглой формы одинакового диаметра. Пакет стержней (фиг. 4) состоит из расположенного в центре пакета центрального осевого стержня 8 и расположенных вокруг него внешних стержней 9. Внешние стержни 9 соединены последовательно между собой и с поверхностью центрального осевого стержня 8 прерывистами сварными швами по всей длине затяжки в пролете станции.
На концевых участках затяжки 4, в зоне бетонирования 10 (фиг. 3) все внешние стержни 9 выполнены под углом к оси центрального стержня 8 и связаны с арматурой опорных участков 3 перекрытия. Центральный осевой стержень 8 снабжен на конце анкером 11 и связан арматурным каркасом 12 перекрытия.
Каждая из подвесок 7 выполнена из стержней круглой формы, диаметром, меньшим диаметра стержней затяжки 4.
Нижние концы 13 стержней каждой подвески 7 выполнены загнутыми и соединены со стержнями затяжки 4 в пролете перекрытия.
Бесшарнирное односводчатое перекрытие с затяжкой станции метрополитена из монолитного железобетона функционирует следующим образом.
При снятии опалубки перекрытия нагрузка от свода 1 перекрытия передается на стены-опоры 2 сооружаемой станции. В местах опорных участков 3 свода 1 перекрытия на стены-опоры 2 возникают вертикальные и горизонтальные силы, которые воздействуют на стены-опоры 2. При этом вертикальные силы, направленные вниз, воспринимают стены-опоры 2 и передают их через основание 14 станции на грунт. Горизонтальные силы направлены от оси сооружения в противоположные стороны и воздействуют на стены-опоры 2 изнутри. Так как внешние стержни 9 затяжки 4 на концевых участках выполнены под углом к оси центрального стержня 8, связаны с арматурой перекрытия и омоноличены, то в местах опорных участков 3 свода 1 перекрытия они воспринимают эти силы. Поскольку эти силы равны по величине и соединены между собой в пролете свода затяжкой 4, то они уравновешивают друг друга, а затяжка 4 работает на растяжение.
При этом участок перекрытия в месте установки его на стену-опору 2 по всей длине станции представляет собой неразрезную плиту (балку), на которую воздействует равномерно распределенная нагрузка (горизонтальные силы), затяжки 4 воспринимают эту нагрузку, выполняя роль опор (реакций), и тем самым препятствуют деформации стены-опоры 2. Величина усилия в затяжке 4 зависит от расстояния между затяжками.
Соответственно, чем больше несущая способность затяжки 4, тем больше может быть расстояние между ними.
Использование предлагаемого технического решения позволит:
- повысить несущую способность затяжки и соответственно значительно уменьшить их количество;
- сооружать в открытых котлованах односводчатые станции метрополитенов в слабых мало связных грунтах и одновременно отказаться от мероприятий по укреплению слабых грунтов;
- сократить сроки строительства станции, так как после набора требуемой прочности бетона перекрытия и снятия опалубки вся нагрузка от перекрытия передается на стены. Поскольку вертикальную силу воспринимают стены и через основание станции передают на грунт, а горизонтальные силы (усилие распора) воспринимает затяжка, то последующие строительные работы по гидроизоляции свода и места упора его на стену, а также обратная засыпка пазух котлована может быть осуществлена независимо от возведения свода;
сооружать на поверхности земли односводчатые станции метрополитена и другие сооружения различного назначения (склады, цеха и тд).