МНОГОПУСТОТНЫЙ НЕСУЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ПЛИТ ЗДАНИЙ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении многопустотных железобетонных несущих элементов зданий и сооружений.
Известно, что прочность бетона при его работе на сжатие отличается от прочности при его работе на растяжение приблизительно в десять раз, а общепринятая расчетная модель железобетонного сечения включает три слоя: зону бетонного сечения (верхнюю), необходимую для восприятия сжимающих усилий, возникающих под действием всех вертикальных нагрузок; зону бетонного сечения (среднюю), служащую для обеспечения совместной работы арматуры со сжатой зоной бетона; зону бетонного сечения (нижнюю) необходимую для защиты арматуры от коррозии.
Совместная работа арматуры нижней зоны и сжатой зоны бетона может быть обеспечена гораздо меньшей долей общего сечения, если используются ребристые или пустотные сечения несущих элементов. Так, например, известны типовые панели перекрытий железобетонные многопустотные серии 1. 141-1.63 200 СБ (Типовые конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений. Серия 1.141-1, Панели перекрытий железобетонные многопустотные, Выпуск 63, Утверждены и введены в действие 30.07.84 Госгражданстроем, приказ №155 от 06.06.84). Панели включают в себя три слоя - крайние слои с армированием и средний слой с продольными пустотами. Очевидными преимуществами многопустотных элементов являются экономия бетона и экономия арматуры за счет снижения нагрузки от собственного веса конструкции. Однако следует отметить ряд недостатков. Во-первых, эффективная работа многопустотных элементов возможна только в одном направлении, поскольку пустоты, как правило, расположены в одном направлении. Во-вторых, большая трудоемкость и сложность изготовления в условиях строительной площадки с использованием традиционной технологии производства. В-третьих, практически обязательное использование дорогостоящей предварительно напряженной арматуры при ограниченной высоте сечения и пролетах порядка 5 м и более.
Известны и широко применяются неразрезные монолитные конструкции, работающие одинаково во взаимно перпендикулярных направлениях. Сечения таких конструкций, как правило, предусматривают однослойными, полнотелыми или двухслойными с ортотропными деформационными свойствами, т.е. различными во взаимно перпендикулярных направлениях. В таких конструкциях экономический эффект достигается за счет снижения напряженного состояния элементов, (т.е. величины действующих моментов значительно снижаются). Недостатком данных конструкций является завышенная доля бетона обеспечивающего совместную работу его сжатых зон с растянутой арматурой.
Естественным этапом повышения экономичности железобетонных конструкций является создание многопустотных или ребристых изотропных т.е. одинаково работающих во взаимно перпендикулярных направлениях изделий, как построечного так и заводского изготовления. Такой путь развития более экономичных железобетонных сечений настолько естественен, что появился раньше многопустотных плит. Речь идет о перекрытиях кессонного типа. К сожалению, шаг ребер в таких перекрытиях настолько велик, что его плитная часть не реализует полностью идею сокращения объема части бетона, обеспечивающего совместную работу его сжатой зоны с арматурой.
Ближайшим аналогом к предлагаемому является несущий элемент с ритмически расположенными близко примыкающими друг к другу пустотами в виде шаров из пенопласта и способ его изготовления согласно патенту США №7897073. Несущий элемент содержит два крайних слоя, арматуру и средний слой, включающий близко примыкающие друг к другу ритмически расположенные пустоты в виде шаров. Способ изготовления бетонных элементов включает: заполнение первого слоя бетонной массой, размещение арматурной сетки в первом слое, выполнение второго слоя поверх первого с модулями, включающими арматурный каркас, содержащий множество пластиковых шаров или пластиковых оболочек, выполнение третьего бетонного слоя над вторым слоем. Зона расположения шаров образует средний слой трехслойного элемента. Зазоры в среднем слое между шарами заполнены бетонной смесью. Наряду с положительными свойствами данного несущего элемента, такими как работа сечения в двух направлениях, существует ряд определенных недостатков - необходимость установки дополнительного армирования в нижней пролетной части плиты, установка верхней арматуры в зоне промежуточных опор. Все это ограничивает несущую способность элемента и область его применения. Кроме того, область применения такого элемента ограничена, поскольку его высота ограничена размерами шаровидных пустот, оптимальный диаметр которых составляет 20 см, а также из-за необходимости изготовления в заводских условиях большого объема конструктивной вспомогательной арматуры, являющейся каркасом для размещения шаров, в связи с чем нельзя использовать типовой способ изготовления плит на строительной площадке. К тому же шаровидная форма пустот ограничивает объем пустотной ячейки и, следовательно, обуславливает увеличение массы бетона.
Изобретение направлено на решение задачи изготовления многопустотного несущего элемента, работающего одинаково во взаимно перпендикулярных направлениях при одновременном уменьшении массы элемента и расширении области его применения за счет расширения диапазона габаритных размеров, а также варьирования способов ее изготовления.
Сущность полезной модели заключается в том, что в многопустотном несущем элементе плит зданий, содержащем, по меньшей мере, три неразрывно связанных между собой несущих слоя, преимущественно, из бетона, арматуру, и ритмически расположенные близко друг от друга в среднем слое пустоты, предлагается, вышеупомянутые пустоты выполнить в виде ячеек-пустот, продольные и поперечные размеры которых соотносятся не более, чем один к полутора, а стенки которых образованы системой перекрестных ребер.
Система перекрестных ребер может быть выполнена в виде ребер, расположенных во взаимно перпендикулярных направлениях, ширина которых лежит в пределах от 0,04 м до 0,06 м, при этом продольные и поперечные размеры ячеек в плане лежат в пределах от 0,2 м до 0,7 м.
Высота несущего элемента может лежать в пределах от 0,2 м до 1,5 м.
Несущий элемент при высоте более 0,6 м может содержать дополнительно арматуру, расположенную в среднем слое в вертикальном направлении.
Несущий элемент может содержать арматуру в виде каркаса для ребер, образующих стенки ячеек-пустот.
В многопустотном несущем элементе ячейки-пустоты могут включать в себя заполнитель из ряда: легкий сыпучий материал, легкие нетоксичные отходы производства в виде обломков или крошек, картонные или иные коробчатые элементы, профилированный лист.
В предлагаемой полезной модели выполнение пустот в виде ячеек-пустот ритмически расположенных близко друг от друга в среднем слое так, что продольные и поперечные размеры ячеек-пустот соотносятся не более, чем один к полутора, а стенки которых образованы системой перекрестных ребер, позволяет одновременно обеспечить эффективную работу сечения элемента во взаимно-перпендикулярных направлениях, а также, во-первых, оптимизировать расход бетона и арматуры в широком диапазоне типоразмеров плиты, и, во-вторых, расширить область применения за счет возможности ее изготовления различной высоты как путем сборки в заводских условиях, так и путем литья в условиях стройплощадки. Кроме того, в отличие от ближайшего аналога, в данном случае нет необходимости устанавливать дополнительное армирование в нижней пролетной части плиты, устанавливать верхнюю арматуру в зоне промежуточных опор, что повышает несущую способность плиты и расширяет область ее применения.
Выполнение ячеек-пустот, преимущественно, прямоугольной формы не ограничивает объем пустотной ячейки в отличие от шаровидной формы, и, следовательно, позволяет уменьшить массу плиты. Выполнение ячеек-пустот так, что они образованы расположенными во взаимно перпендикулярных направлениях ребрами, ширина которых лежит в пределах от 0,04 м до 0,06 м, при этом продольные и поперечные размеры ячеек в плане лежат в пределах от 0,2 м до 0,7 м, обеспечивает надежную работу сечения элемента в двух взаимно перпендикулярных направлениях в широком диапазоне типоразмеров элемента.
В предлагаемом многопустотном элементе выбор высоты элемента в пределах от 0,2 м до 1,5 м. позволяет обеспечить широкий диапазон размеров плиты и, тем самым, расширить область применения.
Установка рабочей арматуры, расположенной в среднем слое в вертикальном направлении при высоте элемента более 0,6 м, обеспечивает повышение несущей способности.
Выполнение несущего элемента с арматурой в виде каркаса для ребер, образующих стенки ячеек-пустот, способствует повышению несущей способности элемента.
Выполнение ячеек-пустот с заполнителем из ряда: легкий сыпучий материал, легкие нетоксичные отходы производства в виде обломков или крошек, картонные или иные коробчатые элементы, профилированный лист, способствует расширению области применения, так как обеспечивает широкий выбор вариантов изготовления, а также способствует повышению несущей способности.
На фигуре 1 приведен внешний вид предлагаемого несущего элемента, включающего в себя три неразрывно связанных между собой несущих слоя - нижний слой 1, верхний слой 2 и средний слой, образованный ритмически расположенными близко друг от друга ячейками-пустотами 3, продольные и поперечные размеры которых соотносятся не более, чем один к полутора, а стенки которых образованы системой перекрестных ребер 4. Арматура условно не показана.
На фигуре 2 приведен внешний вид несущего элемента в первом варианте изготовления монолитным способом - установлены опалубка 5 для бетонирования нижнего слоя, горизонтальная арматура 6 нижнего слоя и вертикальная арматура 7 среднего слоя.
На фигуре 3 приведен внешний вид несущего элемента в первом варианте изготовления монолитным способом - забетонирован нижний слой 1 и установлена вертикальная арматура 7 среднего слоя в виде каркаса для ребер 4, образующих стенки ячеек-пустот 3.
На фигуре 4 приведен внешний вид несущего элемента в первом варианте изготовления монолитным способом - установлена инвентарная опалубка 8 для бетонирования ребер 4 (уклон граней условно не показан).
На фигуре 5 приведен внешний вид несущего элемента в первом варианте изготовления монолитным способом - забетонированы ребра 4, инвентарная опалубка 8 не снята.
На фигуре 6 приведен внешний вид несущего элемента в первом варианте изготовления монолитным способом - забетонированы ребра 4, инвентарная опалубка 8 снята.
На фигурах 7 а, б, в, г приведен внешний вид несущего элемента в варианте изготовления монолитным способом для различных случаев выполнения горизонтальной опоры-основания для бетонирования верхнего слоя элемента путем наполнения ячеек-пустот 3 заполнителем 9.
2
На фиг.7а представлен пример выполнения основания верхнего слоя для фундаментных плит, ленточных фундаментов, широких ленточных ростверков. В этом случае заполнителем 9 ячеек-пустот 3 служит любой грунт или любые отходы без органических, ядовитых остатков, какого либо производства при их достаточной прочности (более 1 кг/см).
На фиг.7б представлен пример выполнения основания верхнего слоя для несущих элементов, высота которых более 400 мм. Заполнителем 9 ячеек-пустот служат отходы производства газобетона в виде обломков любой формы и фракции, непригодные для иного использования, либо отходы в виде обломков или крошки любого нетоксичного пенопласта.
На фиг.7в представлен пример реализации основания верхнего слоя для несущих элементов, высота которых менее 400 мм. Заполнителем 9 ячеек-пустот служат коробки из гофрокартона, пропитанного праймером (грунтовкой), либо отходы газобетона отформованные и скрепленные силикатным клеем.
На фиг.7г представлен пример выполнения основания верхнего слоя для несущих элементов, когда заполнителем 9 ячеек-пустот является профилированный лист d=0,8 мм.
На фигуре 8 приведен внешний вид несущего элемента в варианте изготовления монолитным способом для случая выполнения основания для бетонирования верхнего слоя элемента путем заполнения ячеек-пустот как указано на фиг.7б.
На фигуре 9 приведен внешний вид несущего элемента в варианте изготовления монолитным способом - для верхнего слоя установлена арматура 10 в виде сеток.
На фигуре 10 приведен внешний вид несущего элемента в варианте изготовления монолитным способом - забетонирован верхний слой 2.
На фигуре 11 приведен внешний вид несущего элемента в варианте изготовления сборным способом в заводских условиях. Несущий элемент содержит отдельно изготовленные первую и вторую заготовки. Первая заготовка является верхним слоем 2 несущего элемента и имеет отверстия 11. Вторая заготовка включает в себя нижний слой 1 и средний слой с пустотами 3 и ребрами 4. Вторая заготовка с помощью выпусков вертикальной арматуры 12, размещенных в отверстиях 11, соединена с первой заготовкой. Вторая заготовка, объединяющая в себе нижний слой 1 и средний несущий слой с ячейками-пустотами 3 и ребрами 4, изготовлена с помощью пустотообразователей 13, формирующих выемки в несущем слое, стенки которых и образуют ребра 4 На фигуре 12 приведен разрез второй заготовки, включающей нижний слой 1 и ребра 4, в варианте изготовления несущего элемента сборным способом в заводских условиях на этапе изготовления второй заготовки с помощью пустотообразователей 13, представляющих собой извлекаемые вкладыши, образующие выемки, стенки которых являются ребрами 4.
На фигуре 13 приведен внешний вид второй заготовки, включающей нижний слой 1 с арматурой 10 и ребра 4 с арматурой 7, в варианте изготовления несущего элемента сборным способом в заводских условиях на этапе изготовления второй заготовки с помощью пустотообразователей 13.
На фигуре 14 приведен узел соединения первой и второй заготовок в варианте изготовления несущего элемента сборным способом в заводских условиях.
Предлагаемый многопустотный несущий элемент плит зданий изготавливается следующим образом.
2
В зависимости от экономических факторов и условий производства предлагаемый многопустотный несущий элемент плит зданий может быть изготовлен монолитным способом на строительной площадке, либо способом сборки на заводе. В зависимости от назначения и условий эксплуатации выбирают параметры несущего элемента - ширину ребер в пределах от 0,04 м до 0,06 м, при этом продольные и поперечные размеры ячеек в плане выбирают в пределах от 0,2 м до 0,7 м, исходя из условия обеспечения надежной работы сечения несущего элемента в двух взаимно перпендикулярных направлениях так, чтобы продольные и поперечные размеры ячеек-пустот соотносились не более, чем один к полутора. Высоту несущего элемента выбирают в пределах от 0,2 м до 1,5 м. При высоте элемента более 0,6 м, предусматривают установку рабочей арматуры, расположенной в среднем слое в вертикальном направлении для повышения несущей способности. В зависимости от материала, габаритных размеров, назначения, условий производства и эксплуатации выбирают материал для заполнителя из ряда: любой грунт или любые отходы без органических, ядовитых остатков, какого либо производства при их достаточной прочности (более 1 кг/см); отходы производства газобетона в виде обломков любой формы и фракции, непригодные для иного использования, либо отходы в виде обломков или крошки любого нетоксичного пенопласта; коробки из гофрокартона, пропитанного праймером (грунтовкой), либо отходы газобетона отформованные и скрепленные силикатным клеем; профилированный лист В первом варианте многопустотный несущий элемент изготавливают монолитным способом при этом изготавливают сначала нижний слой 1 элемента. Для этого на настил-опалубку 5 нижнего слоя 1 или на поверхность ее заменяющую устанавливают горизонтальную арматуру 6 нижнего слоя 1 и вертикальную арматуру 7 нижнего и среднего слоев (фиг.2), после чего бетонируют нижний слой 1 элемента (фиг.3). Затем изготавливают средний слой элемента, для чего устанавливают инвентарную опалубку 8 ребер 4 (фиг.4) и бетонируют ребра 4 с арматурой 7 (фиг.5). После схватывания бетона производят разборку инвентарной опалубки 8 (фиг.6). Далее приступают к изготовлению верхнего слоя 2 элемента. Для этого сверху на средний слой устанавливают настил-основание (на фигурах не показан) либо ячейки-пустоты наполняют заполнителем 9 из ряда: легкий сыпучий материал (фиг.7а), легкие нетоксичные отходы производства в виде обломков или крошек (фиг.7б), картонные или иные коробчатые элементы (фиг.7в), профилированный лист (фиг.7г). На подготовленное с помощью заполнителя 9 основание (фиг.8) укладывают горизонтальную арматуру 10 (фиг.9) и бетонируют верхний слой 2 (фиг.10).
Во втором варианте многопустотный несущий элемент изготавливают способом сборки в заводских условиях (фиг.11, 12, 13, 14). При этом изготавливают первую заготовку, являющуюся верхним слоем 2 элемента в виде бетонной плиты с отверстиями 11 для выпусков вертикальной арматуры 12. Изготавливают вторую заготовку (фиг.12 и фиг.13), для чего пустотообразователи 13 устанавливают на основании 14 для получения выемок под ячейки-пустоты 3, а также устанавливают арматуру 12 с выпусками для соединения с верхним слоем элемента и арматуру 7, образующую каркас ребер 4, после чего бетонируют нижний слой 1 и средний слой с ребрами 4 одновременно. После чего переворачивают вторую заготовку, так, чтобы нижний слой 1 оказался внизу, извлекают пустотообразователи 13, далее соединяют первую и вторую заготовки, для чего устанавливают верхний слой на средний слой так, чтобы выпуски арматуры 12 проходили через соответствующие отверстия 11 верхнего слоя (фиг.14) и отверстия 11 зачеканивают жестким цементно-песчаным раствором.
Пример выполнения несущего элемента по предлагаемой полезной модели.
В случае выполнения согласно полезной модели плиты с габаритными размерами 8,4×8,4×0,3 Н, расположением опор 5,5×4. шт., прямоугольными пустотами 36×36×20 Н, расстоянием между пустотами 5 см, общий вес плиты составляет 47,08 т. В случае же выполнения согласно ближайшему аналогу плиты с габаритными размерами 8,4×8,4×0,3 Н, расположением опор 5,76×4. шт., пустотами в виде шаров с диаметром 20 см, расстоянием между пустотами 5 см, общий вес плиты составляет 69,36. Пример выполнения несущего элемента по предлагаемой полезной модели показывает, что по сравнению с ближайшим аналогом экономия материалов составляет 22,2 т.
Таким образом, предлагаемый многопустотный несущий элемент, одновременно с тем, что обеспечивает работу сечения во взаимно перпендикулярных направлениях, позволяет уменьшить расход материалов (арматуры и бетона) и расширить область применения за счет расширения диапазона габаритных типоразмеров и варьирования способов производства.