ЗДАНИЕ
BUILDING

Изобретение относится к строительству.
Известно здание, содержащее железобетонные плиты перекрытий и железобетонные колонны, на которые оперты плиты (см. В.М.Бондаренко, Д.Г.Суворкин. "Железобетонные и каменные конструкции". - Москва, "Высшая школа", 1987, с.267, рис.147).
2
Такое здание применяется в основном там, где нет внутренних несущих стен, а общая нагрузка на перекрытие не превышает 1 т/м.
2
Толщина плиты перекрытия из тяжелого бетона ВЗО подбирается по допустимому прогибу и при шаге колонн 6 м достигает 20 см, а ее вес превышает 500 кг/м.
Ширина колонны в здании высотой менее 30 этажей подбирается по расчету плиты на продавливание ее колонной от одноэтажной нагрузки и поэтому не уменьшается с высотой здания.
Наиболее близким к данному изобретению по совокупности существенных признаков является здание, содержащее железобетонные плиты перекрытий, лежащие на железобетонных капителях, опертых на железобетонные колонны (см. там же, с.326, рис.198).
Ширина колонны в здании высотой менее 15 этажей подбирается по расчету на продавливание капители колонной от одноэтажной нагрузки и поэтому не уменьшается с высотой здания, достигая 0,1 от шага колонн.
Ширина капители подбирается по расчету на продавливание плиты капителью от одноэтажной нагрузки и достигает 0,35 от шага колонн.
2
Такая громоздкая капитель применяется в основном в производственных зданиях с большой временной нагрузкой (до 2 т/м и более).
При столь большой временной полосовой нагрузке через пролет и со сдвигом на один шаг колонн на смежных этажах сильно поворачивается верх колонны с капителью, край которой упруго проседает под плитой, поэтому жесткой опорой плиты является не край капители (как при сплошной нагрузке), а край (грань) колонны, т.е. рабочий пролет плиты принимается равным шагу колонн.
При шаге колонн 6 м толщина плиты 20 см, высота капители 60 см, ширина капители 2,1 м, ширина колонны 60 см.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - улучшение статической работы несущих конструкций здания.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - уменьшение веса несущих конструкций здания.
Для достижения этого технического результата сущность изобретения выражается в совокупности признаков, находящихся в причинно-следственной связи с указанным результатом.
В здании, содержащем железобетонные плиты перекрытий, железобетонные капители и колонны, на которые оперты капители, прикрепленные к плитам, каждая колонна разделена на множество ветвей, а каждая ветвь удалена от ближайшей ветви на расстояние, преимущественно превышающее ширину пирамиды продавливания капители ветвью, и прикреплена к капители с возможностью образования с ней и со всеми ветвями своей колонны пространственной рамы.
На чертежах приведен пример исполнения несущих конструкций типового этажа предлагаемого здания, где
на фиг.1 - план фрагмента плиты перекрытия, опертого на четыре капители;
на фиг.2 - план одной капители, опертой на колонну, состоящую из восьми ветвей, расположенных вокруг вертикальной оси колонны;
на фиг.3 - вертикальный разрез по оси колонны.
Здание содержит железобетонные плиты 1 перекрытий, железобетонные капители 2 и железобетонные (или стальные) колонны 3 (обозначены вертикальные оси колонн), на которые оперты капители 2, прикрепленные к плите 1.
Каждая колонна 3 разделена на восемь ветвей 4, а каждая ветвь 4 удалена от ближайшей ветви 4 больше чем на ширину пирамиды 5 (показаны пунктиром) продавливания капители 2 ветвью 4.
Каждая ветвь 4 жестко прикреплена к своей капители 2, что дает возможность образовать с капителью 2 и со всеми ветвями 4 своей колонны 3 пространственную раму.
Раздвижка ветвей 4 друг от друга на расстояние, превосходящее ширину пирамиды 5, позволяет максимально использовать несущую способность каждой пирамиды 5 на продавливание.
Поэтому, в принципе, можно подобрать столь большое число ветвей 4 в колонне 3, что каждая пирамида 5 без поперечной арматуры выдержит все продавливание капители 2 ветвью 4, даже если толщина капители 2 не превысит толщину перекрытия (плита 1 плюс подвесной потолок), а ширина ветви 4 будет стремиться к нулю.
Это позволит ширину ветви 4 на верхних этажах здания подобрать по ее устойчивости от вертикальной многоэтажной нагрузки, что на порядок меньше ширины колонны прототипа.
Погонная жесткость капители 2 многократно больше, чем у ветви 4 на верхних этажах, поэтому капитель 2 преобразует односторонний опорный момент защемления в ней плиты 1 в пару вертикальных сил в противостоящих ветвях 4, практически не передавая им моментов от вертикальных нагрузок, а также полностью защемляя ветвь 4, которая к капители 2 жестко прикреплена.
Внизу здания погонная жесткость ветвей 4, наоборот, многократно больше, чем у капители 2. Поэтому они в ней практически не защемлены даже при жестком прикреплении. Но это им не требуется, так как их сечения уже очень развиты. Уменьшение ширины ветвей 4 с высотой здания уменьшает вес колонн 3 в 1,8 раза по сравнению с колоннами с постоянным поперечным сечением.
Размещение капители 2 внутри перекрытия позволит резко увеличить область ее применения. Особенно эффективна она там, где временная нагрузка многократно меньше, чем у прототипа. При числе ветвей 4 в колонне 3 более четырех пол внутри колонны 3 может быть использован для подсобных помещений.
Многократно большая по сравнению с плитой 1 вертикальная жесткость капители 2 позволяет выполнить ее с большой консолью за пределами колонны 3. Тогда при той же ширине капители 2, что и у прототипа (0,35 от шага колонн), ширину колонны 3 можно будет принять примерно 0,2 от шага колонн, т.е. площадь пола внутри колонны 3 не превысит 4% от общей площади.
Общая большая вертикальная жесткость пространственной рамы обеспечит плите 1 опору по краям капители 2. Поэтому рабочий пролет плиты уменьшится по сравнению с прототипом в 1,5 раза.
Это позволит уменьшить толщину плиты 1 в 1,5 раза при той же нагрузке на перекрытие.
Или - при той же толщине плиты 1 (20 см) - выполнить ее из самого легкого бетона Д800 класса В7,5. Тогда капитель 2 из В30 толщиной также 20 см (но на порядок жестче плиты 1 из Д800) может быть полностью размещена внутри одной только плиты 1 (не нужен подвесной потолок). Вес такой плиты 1 уменьшится по сравнению с прототипом в 2,5 раза, а всего перекрытия (с учетом веса капители 2) - в 2 раза.
Наиболее эффективно использовать скрытую в плите 1 капитель 2 в жилье, где временная нагрузка минимальна. Для этого поэтажные стены из легкого бетона должны проходить через вертикальные оси колонн 3, а колонны 3 должны состоять из четырех ветвей 4, которые могут быть полностью размещены в поэтажных стенах. Тогда такие скрытые ветви 4 совсем не отнимают полезную площадь помещений.
2
В таких условиях может оказаться более выгодной ориентация капители диагоналями вдоль рядов колонн (т.е. поворот капители в горизонтальной плоскости на 45° по отношению к прототипу). Общая поэтажная нагрузка уменьшится до 0,5 т/м - в 2 раза меньше, чем в современных жилых домах с несущими стенами из тяжелого бетона.
Таким образом, при той же нагрузке на перекрытие, что и у прототипа, общий вес плиты 1 из Д800 уменьшится в 2,5 раза, всего перекрытия с капителью 2 из В30 - в 2 раза, а колонн 3 при той же этажности - в 1,8 раза.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволяет установить его соответствие критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.
Предлагаемое здание "промышленно применимо" с помощью общеизвестных существующих средств.
Заявленное техническое решение имеет "изобретательский уровень", так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Таким образом, заявленное изобретение патентоспособно.