Сборно-монолитный низкий свод и способ его возведения

Сборно-монолитный низкий свод и способ его возведения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к строительству, в частности к эффективным конструктивным решениям покрытий и перекрытий сниженной строительной высоты для гражданских, общественных, спортивных и промышленных зданий и сооружений, а также к ресурсосберегающим технологиям их возведения.

Известны различные конструктивные решения и способы возведения цилиндрических сомкнутых и полигональных сводов из металла, дерева и пластмасс (см., например, книгу Г.М.Ижевская «Строительные конструкции»; Учебник для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 1978. - С.175-177; - С.342-347). Недостатками известных решений является то, что практически все они имеют большую строительную высоту, многоэлементную конструктивную структуру, высокую энерго- и трудоемкость изготовления при весьма ограниченной области применения.

Известны также конструктивные решения и технологии возведения железобетонных бочарных сводов, а также еще более эффективных сводов с использованием панелей-оболочек КЖС, когда две конструкции объединяют между собой с помощью затяжки (см., например, ст. В.В.Шугаев. Опыт применения железобетонных пространственных конструкций. - «Бетон и железобетон», 2002, №5, - С.6-10, ил.). Основным недостатком этих сводов является использование крупногабаритных конструкций с большой собственной массой, что требует многотоннажных подъемно-транспортных средств при их возведении, а с учетом значительной строительной высоты существенно ограничивается область их применения.

Наиболее близкими по конструктивной сущности и технологии возведения являются многоволновые и многоскладчатые покрытия в виде сводов с малыми размерами волн или складок тонкостенных сборных элементов по сравнению с длиной пролета, причем крайние мелкоразмерные элементы опираются на опорные балки с последующим частичным омоноличиванием опорных частей и швов, а распор передается на стальные затяжки (см., например, кн. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. Учебник для вузов. Изд. 3-е, исправленное. М., Стройиздат, 1978, - С.562-567). Недостатками этого конструктивного устройства являются прежде всего многоэлементность арочной части сводов при сравнительно большой строительной высоте (1/2-1/10 пролета), ограниченная несущая способность и область применения только для покрытий зданий.

В технологии возведения этих сводов основными недостатками являются повышенные трудозатраты из-за многоэлементности конструкции свода и необходимости устройства специальных передвижных или одноразовых подмостей кружального типа для сборки многоволнового свода из мелкоразмерных элементов.

Технический результат при реализации настоящего изобретения заключается в снижении материалоемкости, общей строительной высоты покрытий и перекрытий, увеличении диапазона регулирования несущей способности, расширении области применения, сокращении времени цикла, энерго- и трудоемкости возведения.

Технический результат достигается тем, что в сборно-монолитном низком своде, включающем опорные балки, тонкостенные сборные элементы, затяжки и омоноличивающий слой, опорные балки выполнены из высокопрочного железобетона в виде объединяющей упорной стенки и монолитно связанной с ней горизонтальной опорной полки, на которых жестко зафиксированы сваркой поперечные и продольные ребра тонкостенных сборных элементов, причем последние выполнены цельными на всю длину пролета и дополнительно объединены между собой затяжками, которые в свою очередь выполнены в виде спаренных канатов из высокопрочной прядевой арматуры и размещены между сборными элементами на нижних наружных выступах их продольных ребер с анкеровкой через отверстия по наружной грани упорной стенки и замоноличены высокопрочным мелкозернистым бетоном, а омоноличивающий слой выполнен из легкого конструкционного бетона сплошным по всей поверхности свода с фиксированным расположением арматурной сетки у его горизонтальной верхней грани. Тонкостенные сборные элементы выполнены из модифицированного легкого бетона повышенной плотности и прочности с двумя наружными выступами на продольных ребрах, причем последние могут иметь строительный подъем трапециевидной формы по нижней грани с максимальной величиной в средней трети пролета (1/250-1/200)1.

Нижний наружный выступ на продольном ребре сборного элемента в средней трети его пролета принят квадратного сечения с размером стороны 40-50 мм, а к опорам его высота плавно увеличивается до высоты строительного подъема. При этом верхний горизонтальный выступ на продольном ребре сборного элемента выполнен с постоянной высотой сечения не менее 30 мм, а в наружную сторону он выступает на 20-25 мм. Жесткая фиксация сваркой поперечных и продольный ребер тонкостенных сборных элементов выполнена и по нижним закладным деталям наружных брусков и опорных полок, и по верхним закладным деталям упорных стенок с монтажными петлями через дополнительные петлевые накладки из гладкой арматуры. В опорных балках по среднему ряду колонн упорные стенки и опорные полки монолитно объединены, причем высота упорной стенки принята равной высоте нижнего выступа на опорах продольных ребер тонкостенного сборного элемента. А в способе возведения сборно-монолитного низкого свода, включающем предварительное изготовление опорных балок и тонкостенных сборных элементов свода, их последующий монтаж, жесткую фиксацию сваркой с использованием обычной и напрягаемой арматуры, замоноличивание всех стыков и швов между продольными ребрами, омоноличивание всего свода, при изготовлении опорных балок используют пластифицированную смесь высокопрочного бетона класса не ниже В40, а при изготовлении тонкостенных сборных элементов свода «на пролет» модифицированную смесь легкого бетона классов В25-В30, причем последующий монтаж элементов свода осуществляют одновременно и параллельно по всем пролетам с жестким равнопрочным объединением сопрягаемых частей через закладные детали и монтажные петли сваркой с заделкой стыков цементно-полимерной мастикой, после чего осуществляют фиксацию и погрупповое натяжение спаренных канатов из высокопрочной прядевой арматуры с последующим одновременным замоноличиванием вертикальных швов между продольными ребрами тонкостенных элементов и верхних частей упорных стенок смесью мелкозернистого бетона класса В35-В45 с добавкой ускорителя твердения, а объединяющее омоноличивание всех элементов свода осуществляют после фиксации арматурной сетки смесью легкого цементно-полимерного бетона классов В20-В25, с одновременным двухсторонним перемещением всего процесса от первой средней группы усиленных элементов к торцевым частям свода.

Конструкции опорных балок и тонкостенных сборных элементов свода «на пролет» сразу же после их формования дополнительно прогревают в формах при температуре 50-60°С в течение 7-8 часов с использованием изолированных гибких проводов.

При изготовлении тонкостенных сборных элементов свода «на пролет» используют керамзитобетонную смесь, которая дополнительно содержит добавки дробленого керамзита и органоминерального модификатора МБ-14-50С при следующем соотношении компонентов, % по массе:

керамзитовый гравий фр. 5-10 мм	21-23
песок кварцевый Мкр<2,5 мм	27-28
цемент	20-22
вода	12-11
дробленый керамзит фр. 0-10 мм	15-14
модификатор МБ-15-50С	5-4

А погрупповое натяжение спаренных канатов из высокопрочной прядевой арматуры и последующее замоноличивание вертикальных швов между продольными ребрами тонкостенных элементов и верхних частей упорных стенок осуществляют вначале для 2-4 элементов симметрично по каждому поперечному ряду колонн, а затем для оставшихся 2-3 элементов свода в пролете объединяющих упорных стенок и опорных полок.

На фиг.1 показан общий вид сборно-монолитного низкого свода в плане; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел I на фиг.2; на фиг.4 - узел II на фиг.2; на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.6 - узел III на фиг.5; на фиг.7 - монтаж тонкостенных элементов свода «на пролет»; на фиг.8 - заделка швов цементно-полимерной мастикой и размещение спаренных канатов в швах между продольными ребрами элементов; на фиг.9 - схема погруппового натяжения спаренных канатов, бетонирования продольных швов и добетонирования средних упорных стенок мелкозернистым бетоном; на фиг.10 - сечение В-В на фиг.9; на фиг.11 - укладка верхнего омоноличивающего слоя конструкционного легкого бетона по поверхности всего свода с предварительно зафиксированной арматурной сеткой у его горизонтальной грани; фиг.12 - сечение Г-Г на фиг.11.

Сборно-монолитный низкий свод включает объединяющие упорные стенки 1 по крайнему ряду колонн и монолитно объединенные упорные стенки 2 по среднему ряду колонн, а также горизонтальные опорные полки 3 из высокопрочного железобетона, на которых жестко зафиксированы сваркой поперечные 4 и продольные 5 ребра тонкостенных сборных элементов 6, причем последние выполнены цельными на всю длину пролета и дополнительно объединены между собой затяжками, которые в свою очередь выполнены в виде спаренных канатов 7 из высокопрочной прядевой арматуры; они размещены между сборными элементами на нижних наружных выступах 8 с анкеровкой через отверстия по наружной грани упорной стенки 1 и замоноличены высокопрочным мелкозернистым бетоном 13, а омоноличивающий слой 15 выполнен из конструкционного легкого бетона по всей поверхности свода с фиксорованным расположением арматурной сетки 14 у его горизонтальной верхней грани. Тонкостенные сборные элементы 4, 5, 6 могут быть выполнены из модифицированного легкого бетона повышенной плотности и прочности с двумя наружными выступами 8, 9 на продольных ребрах 5, причем последние могут иметь строительный подъем трапециевидной формы по нижней грани с максимальной величиной подъема в средней трети пролета (1/250-1/200)1.

При этом нижний наружный выступ 8 на продольном ребре 5 сборного элемента 6 в средней трети его пролета принят квадратного сечения с размером стороны 40-50 мм, а к опорам его высота плавно возрастает до величины строительного подъема. Верхний горизонтальный выступ 9 на продольном ребре 5 выполнен с постоянной высотой сечения не менее 30 мм, а в наружную сторону он выступает на 20-25 мм. Жесткая фиксация сваркой поперечных 4 и продольных 5 ребер тонкостенных сборных элементов 6 может выполняться как по нижним закладным деталям наружных брусков 8 и опорных полок 3, так и по верхним закладным деталям упорных крайних стенок 1 и монтажные петли 10 через дополнительные петлевые накладки 11 из гладкой арматуры. В опорных балках по среднему ряду колонн упорные стенки 2 монолитно объединены, причем их высота принята равной высоте нижнего выступа 8 на опорной части продольных ребер 5.

Способ возведения сборно-монолитных низких сводов осуществляется следующим образом. На специальных стендах или непосредственно на колоннах изготавливают опорные балки 1, 2, 3 из высокопрочного железобетона класса не ниже В40. В опалубочных формах специальной конструкции изготавливают тонкостенные сборные элементы 4, 5, 6 «на пролет» из модифицированного легкого бетона классов В25-В30. Последующий монтаж сборных конструкций свода осуществляется одновременно и параллельно по всем пролетам с жестким равнонадежным объединением стыков через закладные детали и монтажные петли сваркой и замоноличиванием стыков сопрягаемых элементов цементно-полимерной мастикой 12, после чего осуществляют фиксацию и погрупповое натяжение спаренных канатов 7 из высокопрочной прядевой арматуры с последующим замоноличиванием всего объема между продольными ребрами тонкостенных сводов 6 и верхних частей упорных стенок 2 смесью мелкозернистого бетона 13 классов В35-В45 с добавкой ускорителя твердения. Объединяющее омоноличивание всех тонкостенных элементов 4, 5, 6 осуществляют после фиксации арматурной сетки 14 у верхней грани свода смесью конструкционного легкого цементно-полимерного бетона 15 классов В20-В25 с одновременным двухсторонним перемещением всего процесса от первой средней группы усиленных элементов к торцевым частям свода. Предварительно изготавливаемые конструкции опорных балок 1, 2, 3 и тонкостенных элементов свода «на пролет» 4, 5, 6 дополнительно прогревают в формах при температуре 50-60°С в течение 7-8 часов с использованием изолированного гибкого провода. При изготовлении тонкостенных сборных элементов 4, 5, 6 «на пролет» используют керамзитобетонную смесь, которая дополнительно содержит добавки дробленого керамзита и органо-минерального модификатора МБ-14-50С, включающего микрокремнезем, золу-унос и суперпластификатор, при следующем соотношении компонентов, % по массе:

керамзитовый гравий фр. 5-10 мм	21-23
песок кварцевый Мкр<2,5 мм	27-28
цемент	20-22
вода	12-11
дробленый керамзит фр. 0-10 мм	15-14
модификатор МБ-15-50С	5-4

А погрупповое натяжение спаренных канатов 7 из высокопрочной прядевой арматуры и последующее замоноличивание их в вертикальных швах между продольными ребрами 5 тонкостенных элементов 6 и верхних частей упорных стенок 2 осуществляют вначале для 2-4 элементов сборного свода по каждому поперечному ряду колонн (1-е группы), а затем для оставшихся 2-3 элементов свода в пролетах объединяющих упорных стенок и опорных полок (2-е группы).

Предлагаемое конструктивное решение сборно-монолитных низких сводов и способ их возведения позволяют в 3-5 раз снизить общую строительную высоту покрытий зданий и сооружений, сократить на 15-25% материально-энергетические затраты на возведение и расширить область применения этих эффективных конструкций, включая их перспективное применение и в междуэтажных перекрытиях многоэтажных зданий.

1. Сборно-монолитный низкий свод, включающий опорные балки, тонкостенные сборные элементы, затяжки и омоноличивающий слой, отличающийся тем, что опорные балки выполнены из высокопрочного железобетона в виде объединяющей упорной стенки и монолитно связанной с ней горизонтальной опорной полки, на которых жестко зафиксированы сваркой поперечные и продольные ребра тонкостенных сборных элементов, причем последние выполнены цельными на всю длину пролета и дополнительно объединены между собой затяжками, которые в свою очередь выполнены в виде спаренных канатов из высокопрочной прядевой арматуры, размещены между сборными элементами на нижних наружных выступах их продольных ребер с анкеровкой через отверстия по наружной грани упорной стенки и замоноличены высокопрочным мелкозернистым бетоном, а омоноличивающий слой выполнен из легкого конструкционного бетона сплошным по всей поверхности свода с фиксированным расположением арматурной сетки у его горизонтальной верхней грани.

2. Низкий свод по п.1, отличающийся тем, что тонкостенные сборные элементы выполнены из модифицированного легкого бетона повышенной плотности и прочности с двумя наружными выступами на продольных ребрах, причем последние могут иметь строительный подъем трапециевидной формы по нижней грани с максимальной величиной в средней трети пролета (1/250-1/200)1.

3. Низкий свод по п.1 или 2, отличающийся тем, что нижний наружный выступ на продольном ребре сборного элемента в средней трети его пролета принят квадратного сечения с размером стороны 40-50 мм, а к опорам его высота плавно увеличивается до высоты строительного подъема.

4. Низкий свод по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что верхний горизонтальный выступ на продольном ребре сборного элемента выполнен с постоянной высотой сечения не менее 30 мм, а в наружную сторону он выступает на 20-25 мм.

5. Низкий свод по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что жесткая фиксация сваркой поперечных и продольный ребер тонкостенных сборных элементов выполнена и по нижним закладным деталям наружных брусков и опорных полок, и по верхним закладным деталям упорных стенок с монтажными петлями через дополнительные петлевые накладки из гладкой арматуры.

6. Низкий свод по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в опорных балках по среднему ряду колонн упорные стенки и опорные полки монолитно объединены, причем высота упорной стенки принята равной высоте нижнего выступа на опорах продольных ребер тонкостенного сборного элемента.

7. Способ возведения сборно-монолитного низкого свода по любому из пп.1-6, включающий предварительное изготовление опорных балок и тонкостенных сборных элементов свода, их последующий монтаж, жесткую фиксацию сваркой и использованием обычной и напрягаемой арматуры, замоноличивание стыков и швов между продольными ребрами и омоноличивание всех элементов, отличающийся тем, что при изготовлении опорных балок используют пластифицированную смесь высокопрочного бетона класса не ниже В40, а при изготовлении тонкостенных сборных элементов свода «на пролет» - модифицированную смесь легкого бетона классов В25-В30, причем последующий монтаж элементов свода осуществляют одновременно и параллельно по всем пролетам с жестким равнопрочным объединением сопрягаемых частей через закладные детали и монтажные петли сваркой с заделкой стыков цементно-полимерной мастикой, после чего осуществляют фиксацию и погрупповое натяжение спаренных канатов из высокопрочной прядевой арматуры с последующим одновременным замоноличиванием вертикальных швов между продольными ребрами тонкостенных элементов и верхних частей упорных стенок смесью мелкозернистого бетона классов В35-В45 с добавкой ускорителя твердения, а объединяющее омоноличивание всех элементов свода осуществляют после фиксации арматурной сетки смесью легкого цементно-полимерного бетона классов В20-В25 с одновременным двухсторонним перемещением всего процесса от первой средней группы усиленных элементов к торцевым частям свода.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что конструкции опорных балок и тонкостенных сборных элементов свода «на пролет» сразу же после их формования дополнительно прогревают в формах при температуре 50-60°С в течение 7-8 ч с использованием изолированных гибких проводов.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что при изготовлении тонкостенных сборных элементов свода «на пролет» используют керамзитобетонную смесь, которая дополнительно содержит добавки дробленого керамзита и органо-минерального модификатора МБ-14-50С при следующем соотношении компонентов, мас.%:

керамзитовый гравий фр. 5-10 мм	21-23,
песок кварцевый Мкр.<2,5 мм	27-28,
цемент	20-22,
вода	12-11,
дробленый керамзит фр. 0-10 мм	15-14,
модификатор МБ-14-50С	5-4.

10. Способ по любому из пп.7-8, отличающийся тем, что погрупповое натяжение спаренных канатов из высокопрочной прядевой арматуры и последующее замоноличивание их в вертикальных швах между продольными ребрами тонкостенных элементов и верхних частей упорных стенок осуществляют вначале для 2-4 элементов симметрично по каждому поперечному ряду колонн, а затем для оставшихся 2-3 элементов свода в пролете объединяющих упорных стенок и опорных полок.