КОМПОЗИТНАЯ БАЛОЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ
COMPOSITE BEAM STRUCTURE

Настоящее изобретение относится к композитной конструкции, и в частности к композитной балочной конструкции, применяемой в строительстве.
Под композитной конструкцией может пониматься почти любая конструкция, составленная из двух или более материалов, такая как, например, обычная конструкция из железобетона. Среди различных конструкционных элементов операция составления всегда осуществляется в то время, когда элементы являются сплошными, т.е. монолитными, или соединяются посредством соединения внахлестку.
Согласно практике последнего времени, под композитной конструкцией обычно понимают сочетание стальных конструкций или листовых конструкций и бетона или железобетона.
Наиболее важным и обычным путем соединения двух различных конструкционных материалов является использование композитных конструкций из бетона и стали, таких как композитные балки в многоэтажных жилых, промышленных или коммерческих зданиях.
Принцип эксплуатации композитной конструкции из стали и бетона основывается на почти полном или частичном взаимодействии между стальной частью и бетонной частью. Стальная часть может быть выполнена из конструкционной стали или листовой конструкционной стали, а бетонная часть может быть обычным бетоном, высокопрочным бетоном или легким бетоном.
Основной тип композитной сталебетонной конструкции, который обычно используется в качестве перекрытия, может рассматриваться как однопролетная свободно лежащая композитная балка, на которой лежит многопустотная плита/замкнутая композитная плита или тому подобное. Для того чтобы обеспечить взаимодействие между стальной частью и бетонной частью, чаще всего используются установочные штифты, дюбели, сваренные по верхнему фланцу стального профиля, которые имеют размеры, соответствующие упругим соединениям.
Соотношение стали и бетона в композитных конструкциях должно быть оптимальным. Сталь лучше выдерживает напряжения растяжения, а бетон - напряжения смятия, так что могут быть использованы лучшие характеристики каждой из частей. Кроме того, почти одинаковые коэффициенты теплового расширения бетона и стали и защитное действие бетона в отношении коррозии стали дают широкие возможности использования композитных конструкций, таких как композитные балочные конструкции. Бетон может также поддерживать тонкие стальные части и предотвращать их коробление и стягивание. Промежуточные перекрытия из бетонной композитной конструкции обычно образуются из стальных балок и бетонных плит или железобетонных плит. Плиты в промежуточных перекрытиях из композитных конструкций лежат или на основных балках, или на вспомогательных балках. Основные балки передают нагрузку от плит на соединения с колоннами. Промежуточные перекрытия с композитной конструкцией обычно используются в многоэтажных коммерческих, офисных и жилых зданиях.
В композитной балке, образуемой бетоном и сталью (обычно бетонная часть в композитной балочной конструкции является прессованной, а стальная часть - тянутой), взаимодействие между частями осуществляется механически. Композитные балки устанавливают как опоры, после чего на них укладывают многопустотные плиты или другие плиты и тому подобное. После укладки плит швы и балки заполняют бетоном.
Кроме того, известны несколько иных композитных балочных конструкций и компоновок.
Из описания изобретения WO 2004/031507 А1 известна композитная балочная конструкция, включающая в себя несколько установочных штифтов, предназначенных для формирования соединения между сталью и бетоном, причем установочные штифты являются стержневидными изделиями с круглым поперечным сечением, которые прикреплены к верхней поверхности балки. На верхнем конце установочных штифтов имеется расширенный участок, круглый при наблюдении сверху, и компоновка согласно описанию дополнительно включает в себя несущую сетку, формирующую и улучшающую связь между бетоном и сталью.
В патенте США № 6807789 описана композитная конструкция, в которой балка выполнена из нескольких частей, прикрепленных друг к другу путем сварки, и в которой верхняя часть балочной конструкции уже, чем нижняя часть, и в которой бетонное литье полностью заполняет внутреннюю часть балки. В листовой части в середине балочной конструкции выполнены вертикальные проемы.
В описании АТ 301821 описана композитная конструкция, в которой выполнены сгибы для поддержки в V-образном изделии, заполняемом бетоном и изготовленном путем гибки толстого листа.
Известные технические решения имеют следующие недостатки.
Известные конструкции требуют относительно большого количества обрабатывающих операций, таких как сварка, гибка и т.д., и все это крайне нежелательно, или же известные технические решения не позволяют обеспечить действие соединения, т.е. взаимодействия между сталью и бетоном в соединении наилучшим возможным путем, так что соединение должно действовать почти идеально (или идеально, что является целью соединения).
Задачей настоящего изобретения является создание композитной конструкции нового типа или, более подробно, композитной балочной конструкции, позволяющей свести к минимуму или устранить недостатки известных технических решений и, таким образом, обеспечить функционирование и чрезвычайно качественное сочетание затрат и других характеристик, т.е. технических показателей композитной балки.
Известные технические решения предусматривают использование нескольких дюбелей, размещенных в связи с балкой. Преимущество технического решения согласно настоящему изобретению по сравнению с известными техническими решениями заключается в том, что оно требует меньше несущих деталей, т.е. дюбелей, по сравнению с последними техническими решениями, для соединения стали и бетона между собой и что при том же или меньшем количестве дюбелей в соединении между бетоном и сталью обеспечивается лучший композитный эффект.
Преимущество технического решения согласно настоящему изобретению по сравнению с известными техническими решениями заключается в том, что оно обеспечивает лучшую связь между сталью и бетоном, чем известные технические решения, каковая связь выполняет требования к жесткости и выдерживает нагрузки и напряжения, которым она подвергается, по сравнению с известными техническими решениями, т.е. связь может воспринимать вертикальные и горизонтальные усилия в конструкции (возникающие в различных ее точках).
При использовании круглых (дюбель) штифтов размещение большого их количества требуется в продольном направлении балки, а установочные штифты, которые имеют форму прямоугольной призмы, такую как, например, квадратная, испытывают недостаток в выступающей поверхности, воспринимающей или передающей вертикальные усилия.
Преимущество технического решения согласно изобретению заключается также в возможности избежать неудобной гибки или других трудоемких операций обработки.
Дальнейшее преимущество технического решения согласно изобретению заключается в том, что при композитной балочной конструкции согласно изобретению потребление стали, требующейся для композитной балочной конструкции, может быть уменьшено с достижением значительного экономического эффекта.
Изобретение отличается тем, что указано в прилагаемых пунктах формулы изобретения, и, в особенности, тем, что указано в характеризующей части пункта 1.
Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1а показан поперечный разрез упрощенного варианта композитной балки согласно изобретению при наблюдении с торца балки;
на фиг.1b показан вариант согласно изобретению при наблюдении балки сбоку;
на фиг.1с показан вид сверху установочных штифтов, наклонно закрепленных в балке;
на фиг.2а-2g показан вид спереди установочных штифтов различной формы.
Согласно тому, что показано на фиг.1а, в балке 3 размещено изделие типа плиты 2, такое как многопустотная плита. Высота изделия типа плиты, согласно фигуре, почти равна высоте балки 3, но плита может быть также значительно ниже высоты балки. Поверх плиты формируется отливка 1, которая преимущественно является бетонной отливкой, а внутри отливки остается один или более установочных штифтов 4, каковые установочные штифты крепятся на верхней поверхности балки путем сварки в нужной точке.
С выступом (выступающей поверхностью) установочного штифта 4 передаются вертикальное и продольное усилия.
Высота отливки может значительно варьироваться в зависимости от различных целей применения, но обычно высота отливки составляет от 40 мм до 200 мм.
Длина установочных штифтов по меньшей мере в три раза превышает ширину верхней поверхности установочных штифтов. В наилучшем случае длина установочных штифтов по меньшей мере приблизительно в пять раз превышает ширину верхней поверхности установочных штифтов. Ширина верхней поверхности установочных штифтов обычно составляет от 20 до 70 мм, но может быть также шире или уже, в зависимости от нагрузки балки или от величины требующегося композитного эффекта.
Длина установочных штифтов может варьироваться, но обычно составляет по меньшей мере 30% от ширины верхней поверхности балки. Установочные штифты могут также выходить поверх ширины верхней поверхности балки.
Установочные штифты крепятся к балке перпендикулярно или наклонно, если смотреть сверху, как показано на фиг.1с.
Поскольку фиг.1 показана только для иллюстрации композитной балочной конструкции согласно изобретению, она не заключает в себе стальных профилей, композитных пластин или вспомогательного армирования и т.д., остающихся полностью или частично внутри отливки.
Техническое решение согласно изобретению может использовать все уже известные балки и типы балок, включая двутавровые балки, тавровые балки, WQ балки, коробчатые балки и т.д.
Согласно фиг.2, установочные штифты могут иметь форму параллелограмма или трапеции, трехгранника, или же установочные штифты могут включать в себя одну или более фасок, таких как, например, показанная на фиг.2f. Установочные штифты могут иметь по существу форму Т, или I, или L. Установочные штифты могут также включать в себя одно или более округлений. Исключительно важно также, что установочные штифты имеют, таким образом, по меньшей мере одну наклонную поверхность, или одну криволинейную поверхность, или две прямые поверхности, или сочетания перечисленных поверхностей.
Установочные штифты могут быть полыми или перфорированными, и внутри установочных штифтов могут быть размещены опорные стержни, такие, например, как круглые опорные стержни, причем указанные стержни предназначены для повышения композитного действия за счет увеличения поверхности схватывания. Круглые стальные стержни могут также использоваться при анкеровке плиты на балке, причем в основание дюбелей может быть помещена сетка для улучшения композитного действия. Сетка может быть изготовлена, например, из стали.
Специалистам в данной области техники хорошо известно, что изобретение не ограничивается вариантами реализации, описанными выше, но может варьироваться в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Согласно принципу изобретения применяемые технические решения могут варьироваться в довольно широких пределах. Возможно также рассматривать, например, такое техническое решение, при котором уже известные установочные штифты и/или секции (секционные технические решения), увеличивающие схватывание стали и бетона, комбинируются с установочными штифтами, описанными здесь, для совместного использования с целью достичь как можно большего композитного действия в соединении между сталью и бетоном.