Блок несъемной металлической опалубки для быстрого возведения свода крыши и её монолитных стен или колонн

Предложение относится к области строительства. Блок включает несущие элементы, выполненные в виде двух арок двутаврового сечения, которые связаны между собой радиально установленными диафрагмами жесткости сквозного сечения в виде ферм. Причем h=0,5-1,0 h₁, a f=1/4 L, где h - толщина свода; h₁ - высота сечения несущей арки; f- стрела несущей арки; L - пролет свода. При этом поддерживающие элементы выполнены в виде трех продольных элементов криволинейного очертания, а связующие горизонтальные элементы расположены по верхним поясам несущих арок. Позволяет повысить эффективность возведения большепролетного свода значительной толщины. 4 з.п.ф., 2 ил.

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при возведении большепролетных покрытий, в том числе при сооружении сводов зданий реакторного отделения атомных электрический станций.

Форма, в которой изготовлена монолитная бетонная или железобетонная конструкция, называется опалубкой. Она состоит из несущих, поддерживающих, формообразующих, соединительных, технологических и других элементов и обеспечивает проектные характеристики конструкции.

Несъемную опалубку применяют для бетонирования массивных конструкций и собирают из отдельных элементов в виде тонкостенной скорлупы, повторяющей форму будущего сооружения. Такая опалубка не снимается по окончании бетонирования, а остается в качестве облицовки конструкции. Выполняют ее из железобетонных, армоцементных плит, асбестоцементных труб, железобетонных оболочек, стальных листов или тканой стальной сетки.

Наибольшее распространение в практике современного строительства получила несъемная опалубка из железобетона. Она с успехом применяется для возведения энергетических, гидротехнических и транспортных объектов, а также в жилищном строительстве.

Известно сборно-монолитное перекрытие зданий и сооружений, содержащее неизвлекаемый опалубочный элемент, включающий корпус клинообразной формы с наклонными боковыми стенками и крепежными деталями (см. авторское свидетельство СССР 537173, Е04В 5/17, 1976).

Известно перекрытие, включающее монолитную плиту, профилированную обшивку и арматурный каркас в виде ферм с нижним поясом и треугольной раскосной решеткой, при этом фермы соединены поверху горизонтальными поперечными стержнями (см. патент RU 2131005, Е04В 5/16, 1999).

Известен блок несъемной опалубки перекрытия, представляющий собой самоподдерживающийся элемент, который выполнен в виде сплошной балки, форма которой имеет вид пластины с продольным выступом на одной из ее сторон в форме прямоугольного параллелепипеда со скошенными продольными углами (см. патент US 6298622 B1, E04C 1/40, 2001).

Известен также блок несъемной опалубки перекрытия, содержащий плоскую прямоугольную раму, панель, которая жестко закреплена на раме, формообразователь, вставленный в раму (см. патент RU 2422603, E04G 11/38, 2011).

Рама выполнена с закладными элементами, жестко закрепленными на продольных звеньях со стороны, противоположной расположению панели. На раме расположены с ее противоположных продольных наружных боковых сторон элементы сопряжения для позиционирования относительно смежного блока несъемной опалубки перекрытия.

В представленных выше технических решениях использование несъемной опалубки при возведении перекрытий позволяет избежать трудозатрат на монтаж и демонтаж съемной опалубки.

Недостатком известных конструкций несъемной опалубки является то, что они непригодны для возведения сводов зданий реакторного отделения атомной электрической станции, к надежности и прочности которых предъявляются повышенные требования в целях обеспечения безопасности.

Свод - это конструкция, которая образуется выпуклой криволинейной поверхностью. Своды позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор.

Для возведения конструкций и сооружений криволинейного очертания, как правило, используют пневматическую опалубку.

Известна пневматическая опалубка для возведения купольных и сводчатых конструкций, включающая прорезиненную ткань и железобетонное покрытие (см. Любарский А.Д. «Технология и организация строительного производства», Москва, Высшая школа, 1991, стр.106, рис.6.10в).

Данную опалубку выполняют из прорезиненной ткани, раскраивают по специальным выкройкам, затем сшивают, швы проклеивают тем же материалом. Опалубку распределяют по контуру основания, а затем в нее нагнетают под давлением воздух. Перед бетонированием ее поверхность покрывают эмульсионной смазкой. Бетон наносят послойно. Когда бетон приобретает проектную прочность, воздух из опалубки стравляют и отделяют ее от бетона.

Известна также пневматическая опалубка для возведения монолитного железобетонного покрытия (см. патент RU 2027832, E04G 11/04, 1995).

Пневматическая опалубка включает мягкую куполообразную воздухонепроницаемую оболочку с днищем и верхним полотнищем. Размещенная на оболочке гибкая форма из водонепроницаемого тканевого материала выполнена в виде прикрепленной к распорному кольцу развертки пересекающихся трансгиполоидов. Опалубка снабжена жесткими прямолинейными формообразователями, одним концом связаннными с распорным кольцом, а другим шарнирно прикрепленными к основанию.

Использование пневматической опалубки для возведения монолитных тонкостенных железобетонных покрытий позволяет сократить затраты труда при выполнении опалубочных, арматурных и бетонных работ, благодаря простоте ее конструктивного решения.

Пневматическая опалубка позволяет строить даже в труднодоступных местах, однако, поскольку она является съемной опалубкой, то требует затрат на транспортирование, монтаж, демонтаж.

Данная опалубка также не пригодна для возведения сводов зданий реакторного отделения атомных электрических станций с большим пролетом и значительной толщиной.

Как правило, для возведения сводов используют съемную опалубку.

Из уровня техники известна опалубка, изготовленная в виде сплошных инвентарных лесов стоечно-ригельной системы, предназначенная для возведения свода здания (см. Липницкий М.Е. и др. «Железобетонные пространственные покрытия зданий», Ленинград, Издательство литературы по строительству, 1965, стр.347-348, рис.9.6).

Недостатком данной конструкции являются большие затраты на изготовление, монтаж и демонтаж лесов, значительная трудоемкость указанных работ.

Известна также опалубка в виде промежуточной платформы, используемой в способе возведения сводчатого сооружения (см. патент JP 9151541, Е04В 1/35, E04G 21/14, 1997).

Известна также опалубка, предназначенная для возведения свода и изготовленная в виде дополнительных вспомогательных элементов из стержней (см. патент DE 4432251, Е04В 1/32, 1996).

Недостатком известных опалубок для возведения свода, является то, что они выполняются съемными, следовательно, требуют дополнительных затрат на их демонтаж, увеличивают сроки строительства.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является несъемная опалубка, включающая несущие, поддерживающие, формообразующие и соединительные элементы (см. Любарский А.Д. «Технология и организация строительного производства», Москва, Высшая школа, 1991, стр.104-105, рис.6.9).

Недостатком данной конструкции является то, что она не предназначена для возведения свода здания.

Из анализа уровня техники ясно, что опалубки, которые используются для возведения сводов, как правило, являются съемными. Они не пригодны при возведении сводов зданий реакторных отделений АЭС значительной толщины h=0,5-1,0 м, большого пролета L>30 м, когда возведение свода осуществляют на большой высоте Н=30-40 м над нижележащими конструкциями.

К своду здания реакторного отделения АЭС предъявляются особые требования. Помимо обычных нагрузок (ветер, снег, собственный вес), свод должен воспринимать экстремальные нагрузки (падение самолета, торнадо, сейсмические нагрузки). Существующие конструкции опалубки позволяют возводить тонкостенные железобетонные монолитные своды (не выше 200 мм). Возведение монолитного свода, как правило, выполняется с помощью лесов, воспринимающих нагрузки от бетонирования. Архитектура центрального зала реакторного отделения АЭС не позволяет выполнять леса, так как высота от отметки основного перекрытия центрального зала до верха свода составляет 57 м. Возведение свода с помощью передвижных лесов требует значительного времени, до 250 дней.

Технической задачей заявляемой полезной модели является создание несъемной опалубки, пригодной для возведения свода здания реакторного отделения атомной электрической станции.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении эффективности возведения свода пролетом больше 30 м значительной толщины (до 1,0 м) путем снижения трудоемкости монтажных работ, сокращения сроков их выполнения до 150 дней, повышения качества работ.

Для достижения указанного технического результата в блоке несъемной опалубки для возведения свода, включающем несущие, поддерживающие, формообразующие и связующие элементы, согласно предложению, несущие элементы выполнены в виде двух арок двутаврового сечения, которые связаны между собой радиально установленными диафрагмами жесткости сквозного сечения в виде ферм, при этом h=0,5-1,0 h₁, a f=1/4 L, где

h - толщина свода;

h ₁ - высота сечения несущей арки;

f- стрела несущей арки;

L - пролет свода,

при этом поддерживающие элементы выполнены в виде трех продольных элементов криволинейного очертания, а связующие горизонтальные элементы расположены по верхним поясам несущих арок.

Согласно предложению, несущие арки установлены с шагом 3 м в осях, один из поддерживающих элементов выполнен двутаврового сечения и установлен по продольной оси блока, два других поддерживающих элемента выполнены швеллерного сечения и установлены вдоль цифровых осей по краю блока, а формообразующий элемент выполнен в виде профилированного листа, который установлен с опорой на поддерживающие элементы и верхние пояса несущих арок.

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез блока несъемной опалубки для возведения свода; на фиг.2 изображен поперечный разрез А-А блока несъемной опалубки.

Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.

Блок несъемной опалубки для возведения свода включает две несущие арки 1 двутаврового сечения, установленные с шагом 3 м в осях (фиг.1, 2).

Каждая несущая арка 1 выполнена из сварного двутавра криволинейного очертания, вписанного в окружность наружной грани арки 1.

В примере конкретного выполнения толщина h свода (железобетонной оболочки) равна 0,8 h₁ высоте сечения несущей арки 1, стрела f равна одной четверти пролета L свода, что позволяет оптимизировать нагрузку на стены здания.

Блок несъемной опалубки также содержит три продольных поддерживающих элемента 2 криволинейного очертания. Один из них выполнен двутаврового сечения и установлен по продольной оси блока, а два поддерживающих элемента 2 выполнены швеллерного сечения и установлены вдоль цифровых осей по краю блока.

Блок несъемной опалубки также включает плоские, радиально установленные диафрагмы жесткости 3 сквозного сечения в виде ферм из холодногнутого сварочного профиля (далее - ХГСП).

Несущие арки 1 связаны между собой диафрагмами жесткости 3, которые также служат дополнительными опорами для поддерживающих элементов 2. Кроме того, диафрагмы жесткости 3 обеспечивают жесткость блока на кручение.

Блок несъемной опалубки также содержит связующие элементы 4 для образования горизонтальных связей по верхним поясам несущих арок 1, выполненных в виде треугольной решетки из ХГСП.

Блок несъемной опалубки также включает профилированный лист 5, который установлен с опорой на поддерживающие элементы 2 и верхние пояса несущих арок 1.

Несущие арки 1, поддерживающие элементы 2, диафрагмы жесткости 3, связующие элементы 4 и профилированный лист 5 скомпонованы в пространственный блок, а элементы, входящие в них, условно названы пространственными элементами.

Блок несъемной опалубки также содержит опорные консоли 6 сложного сечения, которые приварены к закладным деталям, установленным в монолитных железобетонных стенах здания. Консоли 6 предназначены для опирания на них указанных выше пространственных блоков.

Общая устойчивость и геометрическая неизменяемость каждого пространственного блока обеспечена жесткостью сечений несущих арок 1, наличием диафрагм жесткости 3 и системы горизонтальных связей из связующих элементов 4 в уровне верхних поясов несущих арок 1. Работа профилированного листа 5, как жесткого диска, в работе конструкций не учтена в запас несущей способности.

Представляем основные расчетные положения конструкции блока несъемной опалубки.

Расчетная схема блока смоделирована в программе SCAD 11.1 в виде трехмерной конструкции. Для более точного учета напряженного состояния двутавровое сечение несущих арок 1 смоделировано пластинами, остальные элементы - стержнями. Профилированный лист 5 также смоделирован пластинами, причем жесткость пластин на сжатие в запас принимается близкой к нулю.

Нагрузка от сырого бетона приложена ступенчато, в соответствии с принятой технологией бетонирования.

Анализ напряженно-деформированного состояния конструкции выполнен с учетом геометрической нелинейности простым шаговым методом с решением линеализированной задачи на каждом шаге, что позволило учесть изменение деформаций и напряжений элементов во времени в процессе бетонирования.

По результатам расчета установлено:

1. Распорные усилия, возникающие в опорных узлах несущих арок 1, должны восприниматься затяжками.

Ввиду значительных усилий в затяжках (свыше 1500 kN) их дальнейший демонтаж практически невозможен. Однако, в случае невозможности применения таких затяжек по соображениям компоновки здания, распор может передаваться на железобетонные контурные балки.

2. Характерные точки несущих арок 1 в процессе бетонирования совершают перемещения и вверх, и вниз, причем во всех случаях перемещения не превышают 1/1000 пролета.

Таким образом, применение двухшарнирных арок в качестве основного несущего элемента позволяет свести отклонения бетона свода от проектного положения до значений, допускаемых ГОСТ Р 52085-2003 «Опалубка. Общие технические условия» и СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции».

Пример конкретного выполнения заявленного технического решения приведен для свода здания реакторного отделения атомной электрической станции.

Пространственные элементы блока несъемной опалубки для возведения свода с габаритами 3,42х10,7 м и 3,42х12,4 м изготавливают на заводе-изготовителе и доставляют на монтажную площадку.

Прочие элементы для установки блоков несъемной опалубки изготавливают россыпью и устанавливают в проектное положение непосредственно перед установкой пространственных элементов.

Работы по монтажу блока несъемной опалубки производят следующим образом.

Предварительно выполняют исполнительную съемку установки закладных деталей в монолитных железобетонных стенах реакторного отделения. По результатам исполнительной съемки, при необходимости, выполняют корректировку чертежей опорных консолей 6 сложного сечения, затем изготавливают их и монтируют в проектное положение.

После чего собирают блок несъемной опалубки на временных опорах, при этом состыковывают сначала пространственные элементы, а затем элементы, поставляемые россыпью.

Габариты блока несъемной опалубки после сборки составляют:

41,0х6,0 м, высота 9,2 м, при этом L=41,0 м, L₁=6,0 м, h₁=1,0 м (фиг.1, 2).

Затем выполняют строповку блока несъемной опалубки в соответствии со схемой строповки. Причем точки строповки блока несъемной опалубки подобраны таким образом, чтобы смещение опорных консолей 6 несущих арок 1 под действием собственного веса блока были минимальны, то есть составляли не более 5 мм в плане и 11 мм по высоте.

Затем до подъема блока в проектное положение вывешивают блок на высоту 0,5 м над временными опорами и выполняют контрольное измерение расстояния между консолями 6 несущих арок 1.

После чего блок поднимают до проектной отметки и устанавливают на временные монтажные элементы. Постепенно, ослабляя натяжение стропов, надвигают опорные консоли 6 блоков в проектное положение до упора опорных пяток несущих арок 1. Опорные консоли 6 фиксируют нижней упорной пластиной на монтажной сварке.

Затем монтируют профилированный настил 5 в районе консолей 6.

Аналогично выполняют монтаж последующих блоков несъемной опалубки. Блоки между собой соединяют в местах диафрагм 3, профилированный настил 5 соединяют комбинированными заклепками.

Общая длина свода здания реакторного отделения атомной электрической станции составляет 66 м.

После установки первого блока несъемной опалубки приступают к работам по армированию свода здания реакторного отделения.

Бетонирование свода выполняют только после монтажа всех блоков покрытия и сдачи их в техническом отношении представителям Заказчика. Бетонирование ведут тремя захватками по длине здания с двумя рабочими швами.

В пределах каждой захватки укладку бетона осуществляют одновременно с двух сторон по направлению к коньку свода полосами шириной 2 м сразу на всю толщину свода h=800 мм.

При укладке бетонной смеси осуществляют мониторинг напряженно-деформированного состояния конструкций с непрерывной (периодической) фиксацией прогибов и напряжений в ответственных элементах.

Оборудование, использованное при мониторинге во время бетонирования, также используют для периодического контроля состояния несущих конструкций свода при эксплуатации здания реакторного отделения.

Заявляемая конструкция несъемной опалубки позволяет осуществить возведение свода значительной толщины h=0,5 - 1,0 м, большого пролета L>30 м, находящегося на большой высоте Н=30 - 40 м над нижележащими конструкциями.

При этом полученный свод удовлетворяет требованиям безопасности, предъявляемым к зданиям реакторных отделений атомных электрических станций.

Заранее собранный на земле блок несъемной опалубки позволяет уменьшить объем работ на высоте. Применение несущих арок позволяет избежать установки лесов и промежуточных опор. Жесткость сечений арок позволяет уменьшить деформации опалубки во время бетонирования. Кроме того, в зависимости от грузоподъемности монтажного крана часть работ по армированию можно выполнить на земле.

Таким образом, предложенная конструкция несъемной опалубки позволяет повысить эффективность возведения железобетонного свода, а именно сократить сроки производства работ и обеспечить высокое качество бетонных работ, при этом конструкция блоков позволяет формировать опалубку для железобетонных сводов промышленных зданий и сооружений в области атомной энергетики, а также в любой другой отрасли.

1. Блок несъемной опалубки для возведения свода, включающий несущие, поддерживающие, формообразующие и связующие элементы, отличающийся тем, что несущие элементы выполнены в виде двух арок двутаврового сечения, которые связаны между собой радиально установленными диафрагмами жесткости сквозного сечения в виде ферм, причем h=0,5-1,0 h₁, a f=1/4 L, где

h - толщина свода;

h₁ - высота сечения несущей арки;

f - стрела несущей арки;

L - пролет свода,

при этом поддерживающие элементы выполнены в виде трех продольных элементов криволинейного очертания, а связующие горизонтальные элементы расположены по верхним поясам несущих арок.

2. Блок несъемной опалубки для возведения свода по п.1, отличающийся тем, что несущие арки установлены с шагом 3 м в осях.

3. Блок несъемной опалубки для возведения свода по п.1, отличающийся тем, что один из поддерживающих элементов выполнен двутаврового сечения и установлен по продольной оси блока.

4. Блок несъемной опалубки для возведения свода по п.1, отличающийся тем, что два других поддерживающих элемента выполнены швеллерного сечения и установлены вдоль цифровых осей по краю блока.

5. Блок несъемной опалубки для возведения свода по п.1, отличающийся тем, что формообразующий элемент выполнен в виде профилированного листа, который установлен с опорой на поддерживающие элементы и верхние пояса несущих арок.