Устройство для усиления панели перекрытия
Полезная модель относится к строительству, в частности может быть использована для усиления многопустотной железобетонной панели перекрытия, поврежденной в условиях пожара или аварии.
Техническим результатом полезной модели является рациональное восстановление эксплуатационных характеристик (прочности, жесткости, трещиностойкости, огнестойкости) поврежденных железобетонных панелей, улучшение качества усиления и его конструктивных характеристик, экономия металла, снижение материальных и энергетических затрат при строительных работах, снижение опасности обрушения поврежденной панели в процессе ее усиления.
Результат при использовании полезной модели достигается тем, что в устройстве для усиления панели перекрытия, содержащем дополнительные арматурные изделия и бетон усиления, уложенные в каналы многопустотной железобетонной панели, - дополнительные арматурные изделия выполнены в виде отдельных составных арматурных стержней и/или плоских арматурных каркасов, устанавливаемых в пустотные каналы панели перекрытия через щели, прорезанные в средней части нижней полки панели вдоль оси симметрии пустотных каналов, дополнительный бетон усиления введен через отверстия, вырезанные в верхней полке панели.
11 з.п. формулы, илл.15.
Полезная модель относится к области строительства и касается усиления многопустотной железобетонной панели перекрытия, поврежденной вследствие различных причин, в том числе пораженной огнем в условиях пожара или технологический аварии.
Во время огневого воздействия железобетонная панель перекрытия нагреваются снизу. Максимальные температуры нагрева (800±200)°С наблюдается на обогреваемой поверхности панели и на глубине до 10-20 мм. Бетон и арматура в сжатой зоне сечения панели прогреваются медленнее и не значительно. К повреждениям многопустотных панелей огнем относят:
хаотичное расположение поверхностных термоусадочных трещин, разрушение части сечения панели прогретой выше критической температуры нагрева (600±50)°С, растрескивание бетона, отслоение защитного слоя бетона, изменение механических свойств прогретой арматуры.
Возможны и более тяжелые термосиловые повреждения многопустотной панели: продольные и косые трещины шириной 3÷10 мм в стенках, разделяющих пустотные каналы. Вследствие этого происходит существенное снижение прочности и жесткости многопустотных панелей.
Полезная модель предназначена для восстановления эксплуатационных характеристик (прочности, жесткости, трещиностойкости, огнестойкости) многопустотной железобетонной панели перекрытия.
Известно устройство для усиления поврежденной огнем панели перекрытия, состоящее из дополнительной арматуры в виде отдельных арматурных стержней или гнутых сеток, нанизанных на стрежни существующей арматуры; / Пат. 2119023 Российская Федерация МПК - 6 Е 04 С 5/08; Е 04 G 21/12. Арматурное изделие / Ильин Н.А.; заявитель и патентообладатель Самарск. арх.-стр. академия. - №96115626/03; заяв. 26.07.96; опубл. 20.09.98, Бюл. №26, - 16 с. Илл.20; [1].
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства для усиления поврежденной многопустотной панели перекрытия относится то, что дополнительная арматура усиления выполнена дискретно в виде ряда арматурных элементов, которые расположены в плоскости существующей сетки снизу панели. Следовательно известное устройство не рационально для усиления многопустотной панели, не экономично и трудоемко.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели по совокупности признаков является устройство усиления многопустотной железобетонной панели перекрытия с круглыми или овальными пустотами путем использования части пустотных каналов в которые (после пробивки верхней полки по всей длине панели) уложены дополнительные арматурные каркасы с последующим бетонированием пустот; / Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. / НИИСК. - М.: Стройиздат, 1989 (п.1.1, С.3; п.4.37, С.38; рис.7, С.34-35); [2], - принято за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства усиления многопустотной железобетонной панели перекрытия, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве в процессе усиления значительно разрушаются существующий бетон и арматура сжатой зоны сечения железобетонной панели не поврежденной огнем; - вследствие этого значительно снижаются прочность сжатой зоны в частности и панели в целом; повышается риск обрушения усиливаемой панели перекрытия, ослабленной ранее огневым воздействием с нижней стороны; в данном случае требуется дополнительные расходы на проектирование, изготовление и установку страховочных опор в здании; рабочая высота поперечного сечения железобетонной панели после установки дополнительных каркасов усиления в пустотные каналы уменьшается на 12÷15% по сравнению с проектной, - следовательно снижается конструктивные качества устройства для усиления панели; увеличиваются энергоресурсы и
трудозатраты при пробивке (проламывании) сверху панели щели (борозды) для пропуска арматурных изделий в пустотные каналы; увеличивается расход металла при изготовлении плоских арматурных каркасов усиления, используя продольные стержни одного диаметра по всей длине пустотного канала плиты, т.е. не учитывается значительное изменение величины изгибающего момента на опоре и в пролете панели.
Следовательно, восстановление эксплуатационных характеристик (прочности, жесткости, трещиностойкости, огнестойкости) поврежденной огнем многопустотной панели известным устройством усиления не рационально и не качественно.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель состоит в усилении отожженной рабочей арматуры, упрощении изготовления арматурного изделия для усиления многопустотной железобетонной панели, поврежденной огнем, в рациональном восстановлении ее эксплуатационных характеристик, сокращении объема строительных работ и снижении расхода нового бетона и металла на дополнительную арматуру.
Технический результат - восстановление прочности, жесткости, трещиностойкости, огнестойкости поврежденных железобетонных панелей, улучшение качества усиления и его конструктивных характеристик, экономия металла, снижение материальных и энергетических затрат при строительных работах, снижение опасности обрушения поврежденной панелей в процессе ее усиления.
Указанный технический результат при использовании полезной модели достигается тем, что в известном устройстве для усиления панели перекрытия, содержащем дополнительные арматурные изделия и бетон усиления, уложенные в каналы многопустотной железобетонной панели, особенностью является то, что дополнительные арматурные изделия, выполненные в виде отдельных составных арматурных стержней и/или плоских спаренных арматурных каркасов, установленные в пустотные каналы панели перекрытия
через щели, прорезанные в средней части нижней полки панели вдоль оси симметрии пустотных каналов, дополнительный бетон усиления введен через отверстия, вырезанные в верхней полке панели.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что арматурное изделие усиления выполнено в виде составного плоского арматурного каркаса-сетки с одинарным расположением арматурных стержней, с приваркой лапок поперечных стержней дуговой сваркой, с удлиненными стержнями рабочей арматуры, с изгибом лапок рабочих стержней на 45 градусов.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что арматурное изделие усиления выполнено в виде спаренных плоских составных каркасов с хомутами на приопорной части, с приваркой лапок поперечных стержней дуговой сваркой, с удлиненными стержнями рабочей арматуры.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что длина продольного рабочего стержня Lcт мм, составного каркаса-сетки принята равной сумме половины длины панели 0,5·L пан, мм, и длины перепуска - нахлестки - L н, min=40·dmax , мм, стержня рабочей арматуры, - по уравнению (1):
где Lcт, L пaн - соответственно длина рабочего стержня каркаса и длина пустотного канала панели, мм;
dmax - номинальный диаметр соединяемого стержня, мм.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что длина щели, прорезанная в средней части нижней полки пустотной панели для ввода плоского составного каркаса-сетки в пустотный канал, вычисляется по уравнению (2):
где lщели; l монт - соответственно длина щели и длина монтажного стержня арматурного каркаса, мм;
z1 - величина зазора, равная (40±10) мм..
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что ширина щели, прорезанная в средней части нижней полки многопустотной панели для ввода плоского составного каркаса-сетки в пустотный канал, вычисляется по уравнению (3):
где bщели - ширина щели, мм;
d1 и d2 - cooтвeтствeннo диаметр продольного и поперечного стержня, мм,
z2 - величина зазора, равная (5±2) мм.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что ширина плоского каркаса усиления вычисляется в зависимости от высоты или диаметра пустотного канала панели по уравнению (4):
где В - ширина каркаса по осям крайних продольных стержней, мм;
С1 - расстояние от оси продольных стержней каркаса до конца поперечных стержней, но не менее 10 мм;
Д - высота (диаметр) канала пустотной панели, мм.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что ширина и длина отверстий, прорезаемых с шагом 1,5÷2 м на концевых участках верхней полки панели для заполнения бетоном ее пустотного канала, принимаются из условий заливки и вибрирования бетона, например,
b 0×l0=40·160 мм;
здесь b0 и l0 - соответственно ширина и длина отверстия, мм.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что к продольным стержням рабочей арматуры составных каркасов усиления прикреплен по расчету дополнительный стержень на всю длину щели, прорезанной в нижней полке панели.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что в зоне действия максимального изгибающего момента на панель
установлены продольные стержни дополнительной арматуры с перепуском в опасном сечении панели для ее усиления по эпюре арматуры.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что в качестве бетона замоноличивания дополнительных каркасов в пустотных каналах панели применен легкий конструктивный бетон, например, керамзитобетон.
Следующее отличие предложенного технического решения заключено в том, что, - в случае усиления аварийной панели перекрытия, - по верху панели уложена дополнительно арматурная сетка, замоноличенная конструктивным бетоном.
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом работы заключена в следующем.
Использование предлагаемого устройства для усиления панели перекрытия здания обеспечивает улучшение качества усиления, снижение материальных затрат и рациональное восстановление эксплуатационных характеристик поврежденной многопустотной железобетонной панели перекрытия здания.
Улучшение качества усиления поврежденной панели достигается за счет:
- увеличения рабочей высоты поперечного сечения железобетонной панели из-за приближения продольной арматуры дополнительных каркасов к низу нижней полки панели;
- замены деструктивного (термоповрежденного) слоя бетона нижней полки панели, значительно поврежденной огнем, на новый бетон усиления;
- обеспечение нормативной огнестойкости усиленной панели перекрытия путем нанесения защитного слоя из легкого бетона не менее требуемой величины;
- дополнительного восприятия поперечных сил за счет установки дополнительных каркасов с более частым расположением поперечных стержней (хомутов) у опорных частей усиливаемой железобетонной панели перекрытия.
Снижение материальных затрат при восстановлении поврежденной железобетонной панели перекрытия здания достигается за счет:
- использования сильно поврежденной панели перекрытия к повторной эксплуатации после их усиления предложенным устройством;
- снижение массы усиливаемой панели перекрытия вследствие заполнения пустот панели легким конструктивным бетоном, например, керамзитбетоном;
- снижение трудоемкости установки дополнительной арматуры усиления вследствие прорезания бетона только части (30-50%) длины пустотного канала панели;
- сокращение сроков восстановления поврежденной панели и снижение убытков по конструктивной части здания вследствие возможноси ремонта даже аварийных панелей вместо их демонтажа;
- снижение расхода металла на дополнительную рабочую арматуру вследствие увеличения рабочей высоты сечения панели и армирование ее по длине канала с учетом величины изгибающего момента.
Рациональное усиление поврежденной железобетонной многопустотной панели при использовании предложенного устройства достигается путем:
- усиления поврежденного сечения панели перекрытия в прежних габаритах без существенного изменения его первоначальной высоты, предотвращая образование толстых наращиваний бетона;
- повышения рабочей высоты сечения усиливаемой панели перекрытия при неизмененных первоначальных габаритах вследствие прикрепления новой арматуры к низу дополнительного каркаса;
- повышения несущей способности усиленного сечения вследствие увеличения рабочей высоты железобетонной панели перекрытия и установки дополнительной арматуры;
- обеспечения требуемой безопасности панели перекрытия в процессе усиления и при допуске ее к повторной эксплуатации вследствие сокращения объемов вырубания бетона сжатой зоны;
- улучшения качества усиления и снижения материальных затрат при восстановлении поврежденной панели перекрытия.
На фиг.1, 2 и 3 приведена схема дополнительного армирования аварийной многопустотной железобетонной панели перекрытия (план, продольный и поперечный разрезы, исполнение 1):
1 - дополнительный стержень арматуры;
2 - щели в нижней полке панели для пропуска плоского каркаса;
3 - железобетонное ребро панели перекрытия;
4 - плоские составные каркасы усиления;
5 - дыры в верхней полке панели;
6 - арматурная сетка усиления (в сжатой зоне панели перекрытия);
7 - монолитная железобетонная плита усиления;
8 - электродуговая сварка;
9 - V-образные коротыши (с шагом, равным (1400±100)мм);
10 - железобетонная многопустотная панель перекрытия.
На фиг.4, 5 и 6 приведены плоские составные арматурные каркасы - сетки КР 2 с одинарным расположением рабочих стержней 11, с приваркой лапок поперечных стержней 13, 14 дуговой сваркой, с удлиненными стержнями рабочей арматуры 11, с изгибом лапок продольных стержней 11 и 12 на 45 градусов.
11 - продольные стержни рабочей арматуры каркаса усиления;
12 - продольные монтажные стержни каркаса усиления;
13 - поперечные стержни каркаса усиления - хомуты (на концевых участках с шагом 100 мм);
14 - поперечные стержни каркаса усиления - хомуты, в средней части каркаса усиления (с шагом 250-300 мм).
На фиг.7, 8 и 9 приведены план многопустотной железобетонной панели перекрытия с повреждениями средней степени ее продольное и поперечное сечение, основные размеры; (исполнение 2):
2 - щели в нижней полке панели для пропуска плоского каркаса;
5 - дыры в верхней полке панели.
На фиг.10, 11 и 12 приведена схема армирования многопустотной железобетонной панели перекрытия, имеющей повреждения средней степени (обозначения - на фиг.1-3).
На фиг.13, 14 и 15 приведены плоские составные каркасы усиления с поперечными стержнями каркаса усиления - хомутами 13 на приопорной части, с удлиненными продольными стержнями рабочей арматуры каркаса усиления 11 и продольными монтажными стержнями каркаса усиления монтажной 12 арматуры, с приваркой лапок дуговой сваркой (узел А).
Сведения, подтверждающие возможность применения полезной модели с получением указанного выше технического результата.
Техническим осмотром здания, поврежденного пожаром, установлено, что подлежащее усилению железобетонное перекрытие холла 8-го этажа состоит из железобетонных многопустотных панелей перекрытия 10 с круглыми пустотами D=159 мм; высота сечения 220 мм, размеры панелей в плане 1,2×5,86 м.
В проекте усиления поврежденных панелей применена арматура класса А400 (A-III) для продольных стержней рабочей и монтажной арматуры 11 и 12 диаметром (14÷18) мм и класса А240 (A-I) - для поперечных стержней каркаса усиления - хомутов 13 и 14 диаметром (8÷10) мм; бетон усиления легкий марки D 1800 класса В35 по прочности на сжатие; для заделки щелей в нижней полке панели 2 - легкий бетон класса В15.
Плоские составные каркасы усиления 4 установлены в четырех (из 6) пустотных каналов через щели в нижней полке панели 2, прорезанные в средней части панели перекрытия; ширина щели (40±10) мм; длина щели 3000 мм (исполнение 1) и 1600 мм (исполнение 2).
Арматурное изделие усиления для аварийных панелей выполнено в виде плоского составного арматурного каркаса - сетки с одинарным расположением арматурных стержней, с приваркой лап поперечных стержней каркаса усиления - хомутов 13 и 14 дуговой сваркой, с удлиненными продольными стержнями
рабочей арматуры каркаса усиления 11, с изгибом лапок рабочих стержней на 45 градусов.
Плоские составные арматурные каркасы - сетки имеют продольные стержни рабочей арматуры 11 длиной 2920 мм; ширина каркаса В=150 мм.
Арматурное изделие усиления для плит со средней степенью повреждения выполнено в виде спаренных плоских составных каркасов усиления 4 с поперечными стержнями каркаса усиления - хомутами 13 на приопорной части, с приваркой лапок поперечных стержней дуговой сваркой, с удлиненными стержнями рабочей арматуры. Арматурные каркасы имеют продольные стержни рабочей арматуры каркаса усиления 11 длиной 3520 мм и продольные монтажные стержни каркаса усиления 12 длиной 1520 мм; ширина каркаса В=128 мм.
При величине изгибаемого момента М=66 кН·м для усиления аварийной панели установлено дополнительно четыре стержня диаметром 14 мм класса А400 (A-III).
Толщина монолитной железобетонной плиты усиления 7 усиления сжатой зоны панели принята 60 мм; армирование плиты - номенклатурная легкая сварная арматурная сетка усиления 6, диаметр стержней (3÷6) мм; шаг стержней 200 мм.
Установка арматурного изделия усиления внутрь пустотного канала производится через прорезанные щели в нижней полке панели перекрытия, заливка бетона усиления - через отверстия, прорезанные в верхней полке панели.
В состав строительных работ входят: технический осмотр здания, освидетельствование панелей перекрытия, оценка технического состояния поврежденных панелей, конструирование устройства для усиления, выбор материалов для усиления панелей, разработка рабочих чертежей устройства для усиления, изготовление арматурных изделий, установка арматурных изделий усиления по месту, заливка бетона усиления в пустотные каналы с последующим вибрированием бетона.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
а) средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначенно для использования в строительной промышленности, а именно к устройству для усиления поврежденной многопустотной железобетонной панели перекрытия здания;
б) для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке средств;
в) предложенная полезная модель предусматривается к применению при усилении многопустотных железобетонных панелей перекрытия общественного 9-этажного здания в г.Самара.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».
Источники информации
1. Пат. 2119023 Российская Федерация, МПК - 6 Е 04 С 5/08; Е 04 G 21/12. Арматурное изделие / Ильин Н.А.; заявитель и патентообладатель Самарск. арх.-строит. академия. - №96115626/03; заяв. 26.07.96; опубл. 20.09.98, Бюл. №26, - 16 с. Илл.20.
2. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. / НИИСК. - М.: Стройиздат, 1989, (п.1.1, С.3; п.4.37, С.38; рис.7, С.34-35).
1. Устройство для усиления панели перекрытия, содержащее дополнительные арматурные изделия и бетон усиления, уложенные в каналы многопустотной железобетонной панели, отличающееся тем, что дополнительные арматурные изделия, выполненные в виде отдельных составных арматурных стержней и/или плоских спаренных арматурных каркасов, установленные в пустотные каналы панели перекрытия через щели, прорезанные в средней части нижней полки панели вдоль оси симметрии пустотных каналов, дополнительный бетон усиления введен через отверстия, вырезанные в верхней полке панели.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что арматурное изделие усиления выполнено в виде составного плоского арматурного каркаса-сетки с одинарным расположением арматурных стержней, с приваркой лапок поперечных стержней дуговой сваркой, с удлиненными стержнями рабочей арматуры, с изгибом лапок рабочих стержней на 45°.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что арматурное изделие усиления выполнено в виде спаренных плоских составных каркасов с хомутами на приопорной части, с приваркой лапок поперечных стержней дуговой сваркой, с удлиненными стержнями рабочей арматуры.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина продольного рабочего стержня Lст, мм, составного каркаса-сетки принята равной сумме половины длины панели 0,5·L пан, мм, и длины перепуска - нахлестки - L н, min=40·dmax , мм, стержня рабочей арматуры, - по уравнению (1)
L ст=0,5·Lпан+40·d max, мм,
где Lст, L пан - соответственно длина рабочего стержня каркаса и длина пустотного канала панели, мм;
dmax - номинальный диаметр соединяемого стержня, мм.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина щели, прорезанная в средней части нижней полки пустотной панели для ввода плоского составного каркаса-сетки в пустотный канал, вычисляется по уравнению (2):
lщели=lмонт+z 1, мм,
где lщели; l монт - соответственно длина щели и длина монтажного стержня арматурного каркаса, мм;
z1 - величина зазора, равная (40±10) мм.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина щели, прорезанная в средней части нижней полки многопустотной панели для ввода плоского составного каркаса-сетки в пустотный канал, вычисляется по уравнению (3)
b щели=2·(d1+d 2)+z2,
где b щели - ширина щели, мм;
d1 и d2 - соответственно диаметр продольного и поперечного стержня, мм;
z2 - величина зазора, равная (5±2) мм.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина плоского каркаса усиления вычисляется в зависимости от высоты или диаметра пустотного канала панели по уравнению (4)
В=Д-2·С1+2), мм,
где В - ширина каркаса по осям крайних продольных стержней, мм;
C1 - расстояние от оси продольных стержней каркаса до конца поперечных стержней, но не менее 10 мм;
Д - высота (диаметр) канала пустотной панели, мм.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина и длина отверстий, прорезаемых с шагом 1,5÷2 м на концевых участках верхней полки панели для заполнения бетоном ее пустотного канала, принимаются из условий заливки и вибрирования бетона, например, b0 ×l0=40×160 мм, здесь b 0 и l0 - соответственно ширина и длина отверстия, мм.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к продольным стержням рабочей арматуры составных каркасов усиления прикреплен по расчету дополнительный стержень на всю длину щели, прорезанной в нижней полке панели.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в зоне действия максимального изгибающего момента на панель установлены продольные стержни дополнительной арматуры с перепуском в опасном сечении панели для ее усиления по эпюре арматуры.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве бетона замоноличивания дополнительных каркасов в пустотных каналах панели применен легкий конструктивный бетон, например, керамзитобетон.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в случае усиления аварийной панели перекрытия по верху панели уложена дополнительно арматурная сетка, замоноличенная конструктивным бетоном.
