Строительный элемент

 

Изобретение используется в строительстве зданий, возводимых в сейсмоопасных регионах страны, а также в фортификационных сооружениях и бомбоубежищах. В строительном элементе, содержащем бетон, стержневую и продольно расположенную спиральную арматуру, соединенную с опорными плитами, причем стержневая арматура размещена внутри угловых спиральных арматур, спиральная арматура установлена по периметру строительного элемента с перекрытием соседних спиралей с суммарной площадью перекрытия равной S_пер. = (0,1 - 0,2)S_сп. · К, где S_пер. - суммарная площадь перекрытия двух соседних спиралей; S_сп. - площадь поперечного сечения бетона, размещенного внутри одной спиральной арматуры; К = 0,9 - 1,0 - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние угловых продольных арматурных стержней, и образованием замкнутых зон внутри строительного элемента, по углам которого расположена стержневая арматура. Кроме того, спиральная арматура установлена по периметру строительного элемента с возможностью контактирования между собой и образованием внешней и внутренней замкнутых зон. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано как при возведении фортификационных сооружений, бомбоубежищ, так и каркасных зданий, возводимых в сейсмических регионах страны.

Известен строительный элемент, содержащий закладные детали в виде профилей, установленных с образованием замкнутого металлического контура, заполненного бетоном замоноличивания [1] Известен также строительный элемент типа колонны, содержащий бетон, продольные стальные стержни и спирали косвенного армирования, причем витки соседних спиралей, расположенные в одной плоскости, частично совмещены друг с другом, а в зонах их совмещения установлены расположенные перпендикулярно к ним спирали [2] Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату к изобретению является строительный элемент, содержащий бетон, стержневую и продольно расположенную спиральную арматуру, соединенную с опорными плитами, причем стержневая арматура размещена внутри угловых спиральных арматур [3] К недостатку указанной конструкции строительного элемента следует отнести то, что при интенсивных динамических нагрузках, возникающих при землетрясениях и взрывах, происходит потеря устойчивости продольной линейной арматуры, особенно у протяженных строительных конструкций типа колонны, что влечет за собой ее разрушение.

В основу изобретения поставлена задача повышения несущей способности сооружений и зданий, работающих при интенсивном сейсмоударном воздействии без хрупкого разрушения несущих элементов арматурного каркаса, что повышает надежность и безопасность зданий и сооружений, а значит сейсмостойкость при снижении металлоемкости и уменьшении объема сварочных работ при их монтаже.

Сущность изобретения состоит в том, что в строительном элементе, содержащем бетон, стержневую и продольно расположенную спиральную арматуру, соединенную с опорными плитами, причем стержневая арматура размещена внутри угловых спиральных арматур, спиральная арматура установлена по периметру строительного элемента с перекрытием соседних спиралей с суммарной площадью перекрытия S_пер.= (0,1-0,2)S_сп. ˙К, где S_пер. суммарная площадь перекрытия двух соседних спиралей; S_сп. площадь поперечного сечения бетона, размещенного внутри одной спиральной арматуры; К 0,9-1,0 эмпирический коэффициент, учитывающий влияние угловых продольных арматурных стержней; с образованием замкнутых зон внутри строительного элемента, по углам которого расположена стержневая арматура.

Кроме того, спиральная арматура установлена по периметру строительного элемента с возможностью контактирования между собой и образованием внешней и внутренней замкнутых зон.

На фиг.1 изображен строительный элемент, общий вид; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1.

Строительный элемент состоит из двух опорных плит 1, установленных друг от друга на определенном расстоянии, продольной спиральной арматуры 2, перпендикулярно закрепленной по периметру к внутренней поверхности опорных плит, продольных арматурных стержней 3, установленных внутри угловых спиральных арматур и также закрепленных к внутренней поверхности опорных плит и бетона 4. Замоноличенный бетон 4 образует два типа замкнутых областей зон внутри тела железобетонного строительного элемента: это периферийные зоны 5 внутри спиральных арматур 2 с арматурными стержнями 3 и без них, а также центральную зону 6 между спиральными арматурами 2 (см.фиг.2). Спиральные арматуры 2 могут быть установлены с перекрытием двух соседних спиралей с суммарной площадью перекрытия двух соседних спиралей равной S_пер.(0,1-0,2)˙S_сп. ˙К и без перекрытия двух соседних спиралей.

Сборку строительного элемента осуществляют в специальном опалубочном приспособлении или кондукторе-пенале (на чертежах не показаны) следующим образом.

Вначале по периферии внутренней поверхности опорных плит 1 размечают места закрепления спиральных арматур 2 с учетом перекрытия или без перекрытия двух соседних спиралей. Затем к внутренней поверхности одной из опорных плит 1 в месте расположения угловых спиральных арматур 2 закрепляют продольные арматурные стержни 3, на них надевают угловые спиральные арматуры и закрепляют к внутренней поверхности одной из опорных плит, где закреплены уже стержни. Затем по периметру опорной плиты устанавливают остальные спиральные арматуры с учетом перекрытия соседних спиралей или без него, которые также закрепляют к внутренней поверхности опорной плиты. После чего свободные концы продольных арматурных стержней 3 и спиральных арматур 2 закрепляют к внутренней поверхности второй опорной плиты. Собранный таким образом арматурный каркас строительного элемента помещают в специальное опалубочное приспособление или кондуктор-пенал, где осуществляют заливку его бетоном. После набора прочности строительный элемент распалубливают и отправляют на склад готовой продукции.

Работает строительный элемент в составе сооружения или здания следующим образом.

При землетрясениях или взрывах конструкции сооружений и зданий испытывают многократное воздействие усилий, соответствующих динамически приложенным знакопеременным нагрузкам случайного направления и величины. При воздействии расчетных и больших по величине усилий в железобетонных элементах образуются поперечные и продольные трещины, которые резко снижают жесткость и прочность сечений, что при очередном воздействии может привести к хрупкому разрушению элементов с катастрофическими последствиями для людей.

Образование трещин в железобетонных конструкциях происходит в результате действия главных растягивающих напряжений. Традиционное продольно и поперечно ориентированное армирование при случайном направлении действия нагрузки может приводить к раннему образованию трещин по опасным сечениям. Преждевременное образование трещин в данном техническом решении предотвращается витками спиральной арматуры 2. Это позволяет эффективно противостоять растягивающим напряжениям произвольной ориентации. При этом предельная деформативность составляет ζ_пред. (12-15)˙10^-3, что в 5-8 раз превышает деформативность существующих строительных элементов.

При воздействии сжимающих нагрузок арматурные стержни 3 предохранены от потери устойчивости периферийными "зонами" 5 внутри спиральных арматур 2. Оголение арматурных стержней 3 от бетона 4 не происходит. Расположение спиральных арматур по периметру сечения строительного элемента с взаимным перекрытием создает в свою очередь замкнутую зону 6 в центре железобетонного элемента, для которой элементы всех периферийных спиралей играют роль ограничителя поперечных деформаций. Это особенно важно при внецентренном сжатии строительного элемента. Высокая деформативность заявленного строительного элемента исключает хрупкий характер его разрушения, а созданные замкнутые зоны 5 и 6 существенно отдаляют момент потери устойчивости арматурных стержней, что повышает несущую способность арматурного каркаса строительного элемента при сейсмоударном воздействии.

Использование предложенного строительного элемента позволит повысить безопасность и надежность зданий и сооружений при интенсивных сейсмоударных и сейсмических воздействиях в 1,5-2,0 раза, сократить объем сварочных работ в 2,5-3,5 раза, снизить коэффициент армирования, что приводит к сокращению трудозатрат, экономии электроэнергии, упрощению технологии сборки.

Формула изобретения

1. СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий бетон, стержневую и продольно расположенную спиральную арматуру, соединенную с опорными плитами, причем стержневая арматура размещена внутри угловых спиральных арматур, отличающийся тем, что спиральная арматура установлена по периметру строительного элемента с перекрытием соседних спиралей с суммарной площадью перекрытия S_(пер) равной S_пер = (0,1 - 0,2) · S_сп · K, где S_пер - суммарная площадь перекрытия двух соседних спиралей; S_сп - площадь поперечного сечения бетона, размещенного внутри одной спиральной арматуры;
K = 0,9 - 1,0 - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние угловых продольных арматурных стержней,
и образованием замкнутых зон внутри строительного элемента, по углам которого расположена стержневая арматура.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что спиральная арматура установлена по периметру строительного элемента с возможностью контактирования между собой и образованием внешней и внутренней замкнутых зон.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2