СБОРНАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ОБОЛОЧКА ПОКРЫТИЯ

Полезная модель относится к строительным конструкциям и может быть использована в качестве покрытия зданий и сооружений.
Известны сборные железобетонные оболочки покрытий, включающие опорный контур в виде железобетонных или стальных ферм, или ломаных балок, железобетонные ребристые цилиндрические плиты, образующие многогранную оболочку, в направлении большего пролета вписанную в поверхность, представляющую собой выпуклую часть тора. Криволинейные продольные и прямолинейные поперечные ребра панелей образуют ортогональную сетку ребер жесткости оболочки [1].
Недостатком известных оболочек является возможность устройства светоаэрационных отверстий ограниченного размера путем удаления полки плиты между ребрами. Причем, без значительного снижения прочности и жесткости покрытия общая площадь отверстий оболочки не превышает 15% от общей площади покрытия. Попытка увеличения световых отверстий приводит к значительному усложнению конструкции и увеличению расхода материалов.
Для образования световых проемов используют различного рода стальные напрягаемые самоуравновешенные системы, представляющие собой, сочетание коротких сжатых элементов с растянутыми тросами [2].
Указанные системы заполняют отдельные ячейки каркаса оболочки, являясь элементами жесткости ячеек, опорами для светопрозрачных ограждающих конструкций.
Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является сборное шатровое покрытие в форме многогранника, включающее опорный контур в виде ферм, железобетонные или стальные ребра жесткости, образующие каркас оболочки, и плоские или ребристые плиты,
уложенные по ребрам и соединенные с ними с помощью закладных деталей. В средней части оболочки ячейки каркаса остаются свободными для образования светоаэрационного отверстия, поверх которого, как правило, устраивается фонарная надстройка [3].
Недостатком конструкции является возможность устройства только небольших по площади световых проемов в средней части покрытия.
Техническая задача полезной модели заключается в снижении себестоимости железобетонных оболочек покрытия с большими световыми проемами за счет сокращения объема материалов и снижения веса конструкций, использования высокопрочного бетона, уменьшения числа типоразмеров сборных элементов и упрощения монтажа.
Поставленная задача решается таким образом, что в сборной железобетонной оболочке покрытия, включающей опорный контур, каркас из пересекающихся между собой тонкостенных железобетонных элементов, в форме выпуклого многогранника, в ячейки которого уложены плиты покрытия и световой проем, согласно полезной модели, плиты покрытия размещены в угловых и приконтурных ячейках по периметру каркаса с образованием в центральной части оболочки светового проема, ячейки каркаса которого выполнены в форме ромба и снабжены самоуравновешенной напряженной системой, включающей в себя центральную стойку, натяжное устройство, верхние и нижние металлические стержни, жестко соединенные с линейными железобетонными элементами в углах ромба ячейки каркаса и концами центральной стойки. При этом, линейные железобетонные элементы каркаса могут быть выполнены в виде тонкостенных стержней с двутавровым или коробчатым сечением из высокопрочного бетона не менее класса В 60. Причем, в ячейках каркаса светового проема с опорой
на элементы самоуравновешенной напряженной системы размещены светопрозрачные ограждения.
Контурные элементы имеют вид арок или ферм при опирании на четыре угловые опоры или ломаных брусьев при опирании оболочки по контуру на колонны.
Образовавшиеся при пересечении линейных элементов каркаса ячейки заполняются плоскими или ребристыми плитами только в угловых и приконтурных зонах. При этом плиты привариваются к стержневому железобетонному каркасу. Свободные от плит ячейки, являющиеся световыми проемами общей площадью 50 и более процентов от площади поверхности всей оболочки, заполняются самоуравновешенными напрягаемыми металлическими системами. Самоуравновешенная металлическая 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 оболочки, что позволяет без тяжелых железобетонных ребер жесткости внутри ячеек каркаса, обеспечивать их неизменяемость, придать устойчивость всей системе оболочки и снизить её вес.
На фиг.1 показан план сборной железобетонной многогранной оболочки покрытия; фиг.2 - вид сбоку фиг.1; фиг.3 - А-А фиг.1; фиг.4 - Б-Б фиг.1; фиг.5 - самоуравновешенная напрягаемая металлическая система, вид в плане; фиг.6 - вид сбоку фиг. 5.
Оболочка состоит из ребристых плит 1, опирающихся на опорный контур 2, самоуравновешенной напряженной системы 3, каркаса 4 и
опирается на колонны 5.Самоуравновешенная напряженная система 3 состоит из верхних 6 и нижних 7 металлических стержней, центральной стойки 8
Оболочка опирается на колонны 5 и включает в себя угловые зоны, заполненные плоскими или ребристыми плитами 1, приваренными к опорному контуру 2 и железобетонному каркасу 4. Ячейки каркаса заполнены самоуравновешенной напряженной системой 3, которая состоит из тонкостенных железобетонных элементов, соединенных в узлах и образующих в плане ромб, верхних наклонных стержней 6 и нижних наклонных стержней 7, прикрепленных к углам ромбической ячейки, образованной элементами каркаса 4 и вершинами центральной стойки 8, снабженной раздвижным устройством(талрепом) или съемным домкратом 9.
На фиг.7 показаны примеры конструктивного решения железобетонных многогранных оболочек покрытий на квадратном и прямоугольном планах размерами от 24х24 м до 60х60 м.
Контурные элементы при опирании оболочки по четырем углам имеют вид арок (фиг.2) или ферм.
В сборном варианте стыковые соединения контурного бруса должны быть рассчитаны на значительные растягивающие усилия, возникающие в нем от эксплуатационных нагрузок.
Монтаж железобетонной многогранной оболочки покрытия производится в следующей последовательности.
Первоначально на специальном посту ведется сборка укрупненных монтажных элементов, представляющих собой ячейки каркаса 4, 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 3 (фиг.5). Верхние 6 и нижние 7 наклонные металлические стержни этой системы соединены с узлами образованной ячейки и с металлическим центральной стойкой 8 (вертикальным трубчатым элементом, расположенном в центре ячейки).
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 оболочку в верхних наклонных стержнях 6, сжатых от внешних нагрузок, предварительные усилия напряжения не могли быть погашены.
Монтажные элементы укладывают на установленные контурные элементы и стойки, расположенные в местах соединений железобетонного каркаса оболочки, с проектными отметками по высоте. На следующем этапе устанавливаются все линейные элементы каркаса, не входящие в монтажные блоки. После сварки закладных деталей и замоноличивания узлов производится укладка железобетонных плит 1, которые соединяют с каркасом 4с помощью сварки закладных деталей и замоноличивания швов.
Следующим этапом является устройство светопрозрачного покрытия из стекла, пластика или высокопрочной светопрозрачной ткани в ячейках, оборудованных самоуравновешенной металлической напряженной системой 3.
Готовая оболочка может быть поднята целиком и установлена на опоры на проектной отметке.
Конструкция под действием вертикальной нагрузки работает как пространственная система в форме многогранной оболочки.
В случае опирания по четырем углам оболочка представляет собой распорную систему, в угловых зонах которой сжимающие усилия уравновешены растянутой замкнутой контурной затяжкой, роль которой выполняют нижние пояса контурных диафрагм в виде арок или ферм.
Сжимающие усилия передаются на опорный узел со стороны диагональной ломаной арки железобетонного каркаса и верхних поясов контурных диафрагм. Сдвигающие усилия, передающиеся на верхний пояс со стороны поля оболочки в местах крепления стержней железобетонного каркаса и плит, вызывают растяжение в средней части верхнего пояса, в связи с чем он работает на внецентренное сжатие в своей нижней части и на внецентренное растяжение в верхней. В случае опирания оболочки по контуру на колонны, роль затяжки выполняет ломаный контур - брус, работающий на внецентренное растяжение по всей длине.
Диагональная ломаная арка каркаса, являющаяся его наиболее напряженным элементом, работает на внецентренное сжатие со значительным изгибающим моментом в нижней части, прилегающей к узлам, и с небольшими моментами в своей верхней части.
В угловых зонах оболочки в направлениях, перпендикулярных к диагоналям, возникают значительные растягивающие усилия, воспринимаемые, например, сваркой арматурных выпусков плит. Усилия в нижних тяжах металлических самоуравновешенных напряженных 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 сократить себестоимость железобетонных оболочек покрытий с большими световыми проемами за счет снижения веса конструкций, применения высокопрочного бетона, уменьшения числа типоразмеров сборных элементов и упрощения монтажа.