Кессонное перекрытие с арочным сводом

Полезная модель относится к области строительства, в частности к монолитным кесонным перекрытиям многоэтажных жилых и общественных зданий, а также промышленных и спортивных сооружений.
Известен способ возведения большепролетных монолитных железобетонных перекрытий (Патент РФ №2637248, Опубликовано: 01.12.2017, Бюл. №34). В данном решении стенку каждой двутавровой балки выполняют гофрированной, а ее полки выполняют разноразмерными, причем верхнюю полку каждой балки выполняют шириной меньше ширины нижней полки, несъемную опалубку выполняют в виде набора отдельных опалубочных элементов, каждый из которых выполняют в сечении в виде незамкнутой трапеции с верхним и нижним основаниями с высотой «Н», равной 0,8-0,9 «Н1» высоты двутавровой балки, но не менее 1/30 пролета перекрытия, и укладывают на нижние полки балок поочередно, соединяя их между собой, причем выполняют их из двух отрезков, которые соединяют внахлест при укладке на нижние полки балок и скрепляют эти отрезки между собой, а концы каждого опалубочного элемента несъемной опалубки, лежащие на нижних полках балок, закрепляют к нижним полкам палок.
Помимо преимуществ у железобетона есть существенный недостаток - большой собственный вес. Что ограничивает область его применения. В данном патенте рассмотрено одно из решений, позволяющее уменьшить влияние данного недостатка, следовательно, и расширить область применения монолитных железобетонных перекрытий в строительстве зданий и сооружений в целом.
В данной научной работе приводится описание конструктивного решения по снижению веса железобетонных кессонных перекрытий.
Несмотря на утяжеление конструкций в результате применения сплошных перекрытий строительство зданий со сплошными перекрытиями получило широкое распространение в нашей стране и в мире в связи с технологической простотой возведения таких перекрытий.
Основной вес монолитных конструкций приходится на бетон. Следовательно, чтобы облегчить перекрытие нужно удалить из него лишний бетон без потери несущей способности и жесткости при сохранении требуемого армирования.
Рассмотрев распределение нормальных напряжений фрагмента перекрытия в середине пролета можно заключить, что лишний бетон расположен в нейтральной зоне и зоне растягивающих напряжений. Однако для передачи напряжений из сжатой зоны в растянутую, нужен бетон. Так же бетон нужен в растянутой зоне для обеспечения защитного слоя арматуры.
При удалении бетона из растянутой зоны сохраняют лишь ребра шириной, необходимой для размещения арматуры растянутой зоны и обеспечения прочности панелей по наклонному сечению. При этом плиты в пролете между ребрами работают на изгиб как балки таврового сечения. Верхняя полка плиты также работает на местный изгиб между ребрами.
Задачей настоящей полезной модели является создание большепролетного перекрытия, не требующего больших трудовых и материальных затрат, удобного при монтаже и, одновременно, имеющего повышенную несущую способность, в том числе и за счет полного опирания съемной несъемной опалубки на нижние полки двутавровых балок, что очень важно при возведении большепролетных перекрытий.
Технический результат заключается в повышении прочности, жесткости, трещиностойкости перекрытия, увеличении пролета и значительном сокращении расхода стали и бетона, а, следовательно, и облегчении здания, и соответственно увеличение высотности зданий или сооружений и удешевление стоимости, а так же необычный архитектурный дизайн перекрытия, гармонично смотрящийся на фоне внутреннего помещения применяемой конструкции. Эти характеристики достигаются за счет жесткого скрепления элементов верхней и нижней арматуры хомутами (повышение прочности, жесткости, трещиностойкости), за счет данной формы кессона 3×3 м и уменьшения количества ребер жесткости мы получим (экономию стали и бетона перекрытия без потери несущей способности, уменьшении прогибов, значительное сокращение расхода стали и бетона, а, следовательно, и облегчении здания), увеличение пролета площади перекрываемых помещений достигается за счет облегчения конструкции перекрытия, причинно следственная связь этого описана выше.
Поставленная задача решается тем, что кессонное перекрытие арочного типа, выполнено в виде равномерно расположенных бетонных сводчатых ячеек, каждая из которых включает первый пояс стержней рабочей арматуры, расположенных в нижней части ребер, образуемых между бетонными сводчатыми ячейками, армирующую сетку, растянутую по всей площади перекрытия и повторяющую форму свода бетонных ячеек, поверх которой установлен второй пояс стержней рабочей арматуры, стянутых хомутами с первым слоем рабочей арматуры для обеспечения пространственной жесткости каркаса монолитного кессонного перекрытия с арочными сводами.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1 - кессонное перекрытие с арочной конструкцией до стяжки хомутами, фиг. 2 - вид сверху, план, чертеж. На фиг. 1 и 2 показан внешний вид облегченного перекрытия с арочной конструкцией свода полуокружности эллипсоидальной формы. Такие плиты называются кессонными или кассетными
Кессонное перекрытие арочного типа выполнено в виде равномерно расположенных и разделенных ребрами жесткости бетонных сводчатых ячеек 1, каждая из которых включает первый пояс стержней рабочей арматуры 2 расположенных в нижней части ребер, образуемых между бетонными сводчатыми ячейками 1, армирующую сетку 3 по всей площади перекрытия, растянутую по всей площади перекрытия и повторяющую форму свода бетонных ячеек, поверх которой установлен второй пояс стержней рабочей арматуры 4, стянутых хомутами 5 с первым слоем рабочей арматуры 2 для обеспечения пространственной жесткости каркаса монолитного кессонного перекрытия с арочными сводами.
При монтаже кессонных перекрытий с арочными сводами используют пластиковые сводчатые вкладыши 6 в форме полуокружности с высотой от 0.4 - 0.5 м. Вкладыши 6 в форме полуокружности устанавливают на профильный лист 7, который располагают поверх двутавровых балок опалубки 8. Двутавровые балки опалубки 8 поддерживаются в свою очередь телескопическими стойками (на чертеже не показаны), установленными на фундамент или же на нижележащее перекрытие равномерно по всей площади монтируемого перекрытия.
Предлагаемая конструкция обладает особенностью статичной передачи нагрузки на ребра жесткости путем передачи напряжения конструкции полуокружности кессона на продольные и поперечные ребра жесткости, вследствие чего происходит разгрузка площадки перекрытия над кессонами. Обычные, стандартные кессонные перекрытия имеют длину и ширину кессон 750 мм - 1500 мм, кессон арочного типа имеет конструкцию полуокружности радиусом 3000 мм (3×3 м), следовательно при применении кессона арочного типа уменьшается количество ребер в 2 раза, что позволяет облегчить монолитное кессонное перекрытие в 1.5-2 раза и сократить количество рабочей арматуры в 1.5 раза без потери несущей способности перекрытий здания.
Т.е. достигается значительная экономия в весе по сравнению с перекрытиями сплошного сечения и существенное увеличение перекрываемых пролетов.
Кессонное перекрытие с арочным сводом монтируют следующим образом.
При монтаже кессонного перекрытия на перекрытие нижележащего этажа или фундамента устанавливают телескопические стойки, на которые горизонтально устанавливают двутавровые балки опалубки 8, затем в пространство между балками 8 укладывают профильный лист 7 по всей длине каждой балки 8 до стены и закрепляют ее к стене и нижней полке каждой балки 8, затем равномерно устанавливают опалубочные элементы кессонные полуокружности в виде пластиковых сводчатых вкладышей 6. Опалубочные элементы 6 скрепляют между собой крепежными элементами, причем шаг расположения опалубочных элементов задают от двух до трех высот опалубочного элемента 1=2Н-3Н. Далее вокруг каждого пластикового сводчатого вкладыша 6 устанавливают первый пояс рабочей арматуры 2, затем по всей площади формируемого перекрытия укладывают армирующую сетку 3 и второй пояс рабочей арматуры над ребрами жесткости 4, скрепленный хомутами 5 с первым поясом рабочей арматуры 2. Затем осуществляют заливку бетона в два этапа, далее после набора 70% прочности перекрытия, демонтируют опалубочные элементы для дальнейшего использования. Затем аналогично возводиться следующий этаж, если такой есть в зависимости от проекта конструкции здания или сооружения.
Монтаж кессонного перекрытия на установленные ранее колонны осуществляется аналогично.
Применение и съемной опалубки существенно сократит затраты на производстве, способ монтажа у несъемной опалубки отличающийся лишь тем что после набора бетона перекрытия проектной прочности или же 70% прочности демонтируют опалубку убирая подпоры перекрытия и снимая двутавровые балки, затем вынимают пластиковые ячейки кессон, промывают их, затем их можно использовать повторно.
Особенность данной модели воспринимать более высокую нагрузку на перекрытие способствует увеличению пролета и облегчения массы всего перекрытия. И в значительной степени сократить количество бетона в перекрытии за счет исключения лишних ребер. Следовательно и уменьшится количество арматуры в конструкции перекрытия так же за счет уменьшения ребер. А арочный свод полуокружности обеспечит более эффективную несущую способность элементов перекрытия во всем здании, обеспечив при этом передачу нагрузки с кессона на крайние ребра жесткости.