Устройство для усиления сборных балочных железобетонных покрытий (варианты)
Полезная модель относится к строительству и может быть использована при усилении железобетонных конструкций покрытий существующих зданий. Технический результат, на достижение которого направлены все три варианта полезной модели, состоит в том, чтобы перераспределить нагрузку на колонны, тем самым разгрузить железобетонные балки и повысить несущую способность покрытия. Для этого плиты усиления подняты на вертикальные металлические стойки, жестко закрепленные на железобетонных балках. Примыкающие продольные ребра смежных плит жестко закреплены на металлических стойках. Высота стоек к середине железобетонной балки увеличивается. Необходимое перераспределение нагрузки достигается при высоте стоек в середине балки, равной 1/8-1/12 ее длины. Между крайними плитами по первому варианту выполнены затяжки, а по второму варианту тяжами закреплены только крайние плиты усиления. В тяжах и затяжках создано напряжение, определяемое по формуле: 
при K>0, где 
S - напряжение в затяжках (тяжах), мПа или кгс/см2; К - коэффициент, учитывающий совместную работу балок покрытия и свода;
Полезная модель относится к строительству и может быть использована при усилении железобетонных конструкций покрытий существующих зданий.
Основными несущими элементами сборных балочных покрытий являются железобетонные балки, уложенные на колоннах здания, и установленные на них плиты.
Известно устройство для усиления сборных балочных железобетонных покрытий, (Е.Р.Хило, Б.С.Попович. Усиление строительных конструкций. - Львов: Вища шк.: изд-во при Львов. ун-те, 1986 г., стр.47-96), включающее железобетонные балки покрытия, на которые установлена шарнирно-стержневая цепь (арматурные стержни, канаты) в опорные узлы и закреплена подвесками из арматурной стали. Подвески имеют шарнирное крепление к цепи с одной стороны и резьбовое с другой. Железобетонную балку усиливают установкой шпренгеля или напряженной затяжки.
За прототип принимаем устройство, с помощью которого реализован способ по авт. св. СССР №1434063, МПК 7 Е 04 G 23/02, опубл. 30.10.88. Бюл. №40. По технической сущности это устройство наиболее близко для всех вариантов заявляемой полезной модели.
Это известное устройство для повышения несущей способности железобетонного пролетного строения включает в
себя прокладки, установленные посередине верхнего пояса, плиты усиления с шарниром между смежными концами плит (продольными ребрами) и шарнирными упорами на других концах плит, затяжку, соединяющую шарнирные упоры, вертикальные стяжные элементы, расположенные между смежными концами плит, которые пересекают ось шарнира, и прикреплены к верхнему поясу пролетного строения. Зазор между смежными концами плит замоноличен.
Прототип имеет следующие недостатки, во-первых, большая материалоемкость, обусловленная использованием дополнительно устанавливаемых усиливающих плит и затяжек, во-вторых, трудоемкость по установке разгружающих элементов (установка плит, затяжек, их крепление, создание натяжения в затяжках).
Задача полезной модели - повысить несущую способность покрытий и одновременно снизить трудоемкость процесса реконструкции покрытия зданий.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы перераспределить нагрузку на колонны здания, тем самым разгрузить железобетонные балки и усилить все покрытие.
По первому варианту общим с прототипом является то, что устройство для усиления сборных балочных железобетонных покрытий включает плиты усиления, установленные на железобетонных балках, упоры под продольными ребрами крайних плит, затяжку между крайними плитами, при этом продольные ребра смежных плит примыкают друг к другу с образованием
зазора, который замоноличен. В отличие от прототипа заявляемое устройство дополнительно содержит вертикальные металлические стойки, каждая из которых одним концом жестко закреплена на железобетонной балке, а на другом ее конце жестко закреплена соответствующая пара продольных ребер смежных плит усиления, при этом стойки выполнены переменной высоты с увеличением ее к середине железобетонной балки, высота стойки в середине балки составляет 1/8-1/12 ее длины, упоры жестко закреплены с плитами и железобетонной балкой, кроме этого покрытие содержит не менее четырех плит, а в затяжках создано напряжение, определяемое по формуле:
при K>0,
где S - напряжение в затяжках (тяжах), мПа или кгс/см2;
К - коэффициент, учитывающий совместную работу балок покрытия и свода;
q - расчетная нагрузка на 1 м2 плиты, кН/м 2;
l1 - длина покрытия, м;
l2 - ширина покрытия, м;
A3 - площадь поперечного сечения затяжек, мм2.
По второму варианту общим с прототипом является то, что устройство для усиления сборных балочных железобетонных покрытий включает плиты усиления, установленные на железобетонных балках, упоры под продольными ребрами крайних плит, при этом продольные ребра смежных плит примыкают друг к
другу с образованием зазора, который замоноличен. В отличие от прототипа заявляемое устройство отличается тем, что оно дополнительно содержит тяжи для закрепления крайних плит усиления и вертикальные металлические стойки, каждая из которых одним концом жестко закреплена на железобетонной балке, а на другом ее конце жестко закреплена соответствующая пара продольных ребер смежных плит усиления, при этом стойки выполнены переменной высоты с увеличением ее к середине железобетонной балки, высота стойки в середине балки составляет 1/8-1/12 ее длины, упоры жестко закреплены на железобетонной балке и плитах, кроме этого покрытие содержит не менее четырех плит, а в тяжах создано напряжение, определяемое по формуле:
при K>0,
где S - напряжение в затяжках (тяжах), мПа или кгс/см2;
К - коэффициент, учитывающий совместную работу балок покрытия и свода;
q - расчетная нагрузка на 1 м2 плиты, кН/м 2;
l1 - длина покрытия, м;
l2 - ширина покрытия, м;
A3 - площадь поперечного сечения затяжек, мм2.
По третьему варианту общим с прототипом является то, что устройство для усиления сборных балочных железобетонных покрытий включает плиты усиления, установленные на железобетонных балках, упоры под продольными ребрами плит,
при этом продольные ребра смежных плит примыкают друг к другу с образованием зазора, который замоноличен, но в отличие от прототипа оно содержит вертикальные металлические стойки, каждая из которых одним концом жестко закреплена на железобетонной балке, при этом крайние плиты размещены непосредственно на железобетонной балке и снабжены дополнительными упорами под продольными ребрами крайних плит, а все остальные плиты размещены на соответствующих стойках и жестко закреплены на них, при этом стойки выполнены переменной высоты с увеличением ее к середине железобетонной балки, высота стойки в середине балки составляет 1/8-1/12 ее длины, упоры жестко закреплены на железобетонных балках и плитах, кроме этого покрытие содержит не менее четырех плит.
Кроме этого заявляемое устройство для всех трех вариантов отличается от прототипа тем, что стойки могут быть выполнены в виде коробов уз уголков, или коробов из швеллеров, или из труб.
Отличия от прототипа подтверждают новизну заявляемой полезной модели по всем трем вариантам ее выполнения.
Для осуществления усиления как показали расчеты и эксперименты 
K должно быть положительным числом.
Например, при К=0 усиления не происходит, свод, образованный плитами усиления, не работает, всю нагрузку воспринимают железобетонные балки.
При К=0,2 происходит усиление покрытия, при котором 20% нагрузки воспринимает свод, образованный плитами усиления, а 80% - железобетонные балки.
При К=1 всю нагрузку воспринимает свод, а железобетонные балки выключены из работы.
При К>1 железобетонные балки подтягиваются к своду.
Предложенное устройство для всех трех вариантов за счет стоек и затяжек (тяжей по второму варианту) позволяет разгрузить среднюю часть балок и перераспределить нагрузку на колонны, то есть происходит разгружение (усиление) балок.
Кроме этого происходит усиление за счет того, что покрытие начинает работать, как сборная цилиндрическая оболочка (арочное покрытие), а плиты - как элементы этой оболочки, то есть они становятся не изгибаемыми, а внецентренно сжатыми. Максимальная высота стоек в середине железобетонной балки 1/8-1/12 от длины этих балок определяется тем, что только в этих пределах создается необходимое для усиления балки перераспределение нагрузки. Установлено, что число плит, уложенных на усиливаемую балку, должно быть 4 и выше, так как при меньшем количестве плит не создается в результате осуществления реконструкции необходимое для усиления балки перераспределение нагрузки.
Снижение трудоемкости при реконструкции зданий происходит за счет сокращения числа операций, например, подъема и установки плит, установки вертикальных затяжек, поскольку предложенное устройство позволяет использовать существующее покрытие зданий.
Все варианты связаны между собой, они образуют единый творческий замысел и направлены на решение поставленной задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-9. На фиг.1 изображено сборное железобетонное балочное покрытие по первому варианту (общий вид), на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.3 - узел II на фиг.1. На фиг.4 изображено сборное железобетонное балочное покрытие по второму варианту (общий вид), на фиг.5 - узел III на фиг.4; на фиг.6 - узел IV на фиг.4. На фиг.7 изображено сборное железобетонное балочное покрытие по третьему варианту (общий вид), на фиг.8 - узел V на фиг.7; на фиг.9 - узел VI на фиг.7.
Заявляемое устройство по всем трем вариантам (фиг.1, 4, 7) содержит железобетонные балки 1, уложенные на колонны 1, плиты усиления 3, вертикальные металлические стойки 4. Под продольными ребрами крайних плит усиления выполнены упоры 5 (фиг.2, 5). По третьему варианту эти упоры 5 выполнены под продольными ребрами плит усиления, примыкающих к крайним плитам (фиг.8). Упоры 5 выполнены в виде клиновидных пластин. Зазор 6 (фиг.1, 3, 4, 6, 7, 9) между продольными ребрами смежных плит заполнен мелкозернистым бетоном. Стойки 4 закреплены на железобетонной балке с помощью закладных деталей 7 (фиг.3, 6, 9). Позицией 8 (фиг.3, 6, 9) обозначены места сварки.
По первому варианту устройства (фиг.1) между крайними плитами выполнена затяжка 9, которая проходит в отверстиях 10, выполненных в продольных ребрах этих плит и закреплена с
помощью гаек 11 с шайбами (фиг.1, 2). Для напряжения затяжки 9 служит муфта 12 (фиг.1).
По второму варианту крайние плиты усиления 3 закреплены металлическими тяжами 13, один конец каждого из которых размещен в отверстиях 14 и закреплен с помощью прямоугольной 15 (фиг.5), малой клиновидной пластин и гаек (на чертеже не показаны). Другим концом металлические тяжи 13 приварены к закладным деталям 7 (фиг.6).
По третьему варианту устройство выполнено без затяжки и металлических тяжей, крайние плиты 3 покрытия размещены непосредственно на железобетонной балке 1, а дополнительные упоры 17 (фиг.8) для продольных ребер крайних плит выполнены в виде металлических пластин.
В качестве примера конкретного исполнения рассмотрим первый вариант устройства усиления сборного железобетонного балочного покрытия одноэтажного промышленного здания (Фиг.1, 2, 3), выполненного из сборных ребристых железобетонных плит усиления (1500×6000×350), уложенных на сборные железобетонные балки длиной 12000. Реконструкцию покрытия осуществляют следующим образом. Сначала разгружают покрытие здания. Для этого снимают рулонный кровельный ковер и утеплитель кровли, очищают швы между плитами. Освобождение плит 3 от балок 1 осуществляют срубкой сварных швов. При этом закладные детали 7 плит 3 и балок 1 оставляют нетронутыми. Возможна также установка дополнительных закладных деталей в железобетонной балке 1 и плите 3. При этом новые закладные детали могут
крепиться к оголенной рабочей арматуре конструкций или на самостоятельных хомутах с адгезионной поверхностью в зоне контакта новой закладной детали со сборными железобетонными балками 1 и плитами 3.
Далее поднимают поочередно с краев плиты 3 домкратом типа "Перпетуум" и устанавливают их на металлические стойки 4. Стойки 4 приваривают к закладным деталями 7 балок 1 и плит 3. Металлические стойки 4 выполнены в виде коробов из уголков. Возможно их выполнение из труб или швеллеров. Высота стоек выбирается, например, 400, 600, 800, 1000, 800, 600, 400 мм.
После подъема крайних плит в новое проектное положение под продольные ребра крайних плит для равномерной передачи давления устанавливают клиновидные пластины 5. В устроенные отверстия 10 в продольных ребрах этих плит в угловой зоне пропускают затяжки 9 и крепят гайками 11 с шайбами. Затяжки 9 выполнены из арматурной стали. Затяжки 9 затягивают муфтами 12 после поочередного установления всех плит.
Возможен другой вариант выполнения устройства для усиления сборных балочных железобетонных покрытий. В этом случае после подъема крайних плит (Фиг.4, 5, 6) наваливают тяжи 13, один конец которых крепят на сварке 8 к существующим или вновь созданным закладным деталям 7 железобетонных балок 1, другой конец пропускают через отверстие 14 и закрепляют к крайним плитам 3 в их угловых зонах с помощью гаек 11, прямоугольных пластин 15 и малых клиновидных пластин 16,
расположенных между гайками 11 и пластинами 15. Натяжение тяжей осуществляется гайками 11.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство по третьему варианту (Фиг.7, 8, 9) выполнено следующим образом. Две крайние плиты оставляют непосредственно на железобетонной балке. Устанавливают к ним дополнительные металлические упоры 17, приваренные на сварке 8 к существующим или вновь созданным закладным деталям 7 железобетонной балки 1. Упоры 17 совместно с крайними плитами будут воспринимать усилия распора образованного арочного покрытия здания. Вторые от края плиты поднимают в новое проектное положение и под их продольные ребра для равномерной передачи давления устанавливают клиновидные пластины 8.
После установки всех плит в новое положение и их закрепления швы между плитами замоноличивают мелкозернистым бетоном 6. Предложенное устройство позволяет после набора прочности бетоном 6 в швах между плитами и контроля качества выполненных работ восстановить кровлю путем укладки утеплителя и наклейки рулонного ковра на мастиках.
Заявляемое устройство, используемое в реконструкции покрытия, по сравнению с известными позволяет сэкономить материал за счет исключения дополнительных материалоемких плит и затяжек. Кроме того, реконструкция покрытия с использованием заявляемой полезной модели проще в исполнении и технологичнее, следовательно, для ее осуществления требуется меньше затрат времени и повышается производительность труда.
1. Устройство для усиления сборных балочных железобетонных покрытий, включающее плиты усиления, установленные на железобетонных балках, упоры под продольными ребрами крайних плит, затяжку между крайними плитами, при этом продольные ребра смежных плит примыкают друг к другу с образованием зазора, который замоноличен, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит вертикальные металлические стойки, каждая из которых одним концом жестко закреплена на железобетонной балке, а на другом ее конце жестко закреплена соответствующая пара продольных ребер смежных плит усиления, при этом стойки выполнены переменной высоты с увеличением ее к середине железобетонной балки, высота стойки в середине балки составляет 1/8-1/12 ее длины, упоры жестко закреплены с плитами и железобетонной балкой, кроме этого покрытие содержит не менее четырех плит, а в затяжках создано напряжение, определяемое по формуле:
где s - напряжение в затяжках, мПа или кгс/см2;
К - коэффициент, учитывающий совместную работу балок покрытия и свода;
q - расчетная нагрузка на 1 м2 плиты, кН/м 2;
l1 - длина покрытия, м;
l2 - ширина покрытия, м;
А3 - площадь поперечного сечения затяжек, мм2.
2. Устройство для усиления по п.1, отличающееся тем, что стойки выполнены в виде коробов из уголков.
3. Устройство для усиления по п.1, отличающееся тем, что стойки выполнены в виде коробов из швеллеров.
4. Устройство для усиления по п.1, отличающееся тем, что стойки выполнены из труб.
5. Устройство для усиления сборных балочных железобетонных покрытий, включающее плиты усиления, установленные на железобетонных балках, упоры под продольными ребрами крайних плит, при этом продольные ребра смежных плит примыкают друг к другу с образованием зазора, который замоноличен, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит тяжи для закрепления крайних плит усиления и вертикальные металлические стойки, каждая из которых одним концом жестко закреплена на железобетонной балке, а на другом ее конце жестко закреплена соответствующая пара продольных ребер смежных плит усиления, при этом стойки выполнены переменной высоты с увеличением ее к середине железобетонной балки, высота стойки в середине балки составляет 1/8-1/12 ее длины, упоры жестко закреплены на железобетонной балке и плитах, кроме этого покрытие содержит не менее четырех плит, а в тяжах создано напряжение, определяемое по формуле:
где s - напряжение в тяжах, мПа или кгс/см 2;
К - коэффициент, учитывающий совместную работу балок покрытия и свода;
q - расчетная нагрузка на 1 м 2 плиты, кН/м2;
l 1 - длина покрытия, м;
l2 - ширина покрытия, м;
А3 - площадь поперечного сечения тяжей, мм2.
6. Устройство для усиления по п.5, отличающееся тем, что стойки выполнены в виде коробов из уголков.
7. Устройство для усиления по п.5, отличающееся тем, что стойки выполнены в виде коробов из швеллеров.
8. Устройство для усиления по п.5, отличающееся тем, что стойки выполнены из труб.
9. Устройство для усиления сборных балочных железобетонных покрытий, включающее плиты усиления, установленные на железобетонных балках, упоры под продольными ребрами плит, при этом продольные ребра смежных плит примыкают друг к другу с образованием зазора, который замоноличен, отличающееся тем, что оно содержит вертикальные металлические стойки, каждая из которых одним концом жестко закреплена на железобетонной балке, при этом крайние плиты размещены непосредственно на железобетонной балке и снабжены дополнительными упорами под продольными ребрами крайних плит, а все остальные плиты размещены на соответствующих стойках и жестко закреплены на них, при этом стойки выполнены переменной высоты с увеличением ее к середине железобетонной балки, высота стойки в середине балки составляет 1/8-1/12 ее длины, упоры жестко закреплены на железобетонных балках и плитах, кроме этого покрытие содержит не менее четырех плит.
10. Устройство для усиления по п.9, отличающееся тем, что стойки выполнены в виде коробов из уголков.
11. Устройство для усиления по п.9, отличающееся тем, что стойки выполнены в виде коробов из швеллеров.
12. Устройство для усиления по п.9, отличающееся тем, что стойки выполнены из труб.
