Опорная система для усиления строительных сооружений

Изобретение относится к строительству, применяется при реконструкции строительных сооружений, в частности, может быть использовано для усиления промышленных зданий, а также крытых сооружений для хранения, фильтрации и отстаивания воды, например горизонтального отстойника. Предлагается опорная система для усиления строительных сооружений, включающая основание, каркас из жестко соединенных наклонных опорных элементов и элементов связей. По обе стороны усиливаемой конструкции на некотором удалении от нее выполнены, по крайней мере, по одной паре оснований. К основаниям жестко присоединены нижние концы наклонных опорных элементов, верхние концы которых связаны друг с другом и с продольными поясами на стыковочных узлах с образованием пирамид. При этом ребра верхней пирамиды образованы верхними опорными элементами, а ребра нижней пирамиды сформированы нижними опорными элементами. Исходящие от нижнего стыковочного узла раскосы верхними концами соединены с расположенными по разные стороны стены усиливаемой конструкции балками. Раскосы расположены по ребрам перевернутой пирамиды с вершиной на нижнем стыковочном узле. Балки стянуты между собой стержнями. Верхние наклонные элементы и раскосы соединены между собой в средней части. Технический результат - повышение пространственной жесткости и прочности системы. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к строительству, применяется при реконструкции строительных сооружений, в частности, может быть использовано для усиления промышленных зданий, а также крытых сооружений для хранения, фильтрации и отстаивания воды, например горизонтального отстойника.

Известны устройства для усиления одноэтажного промышленного здания, включающего каркас в виде поперечных рам, составленных из металлических колонн и опирающегося на них покрытия, продольные связи между металлическими колоннами, подкрановые балки, закрепленные на металлических колоннах, и элементы связей, соединяющие ниже закрепления подкрановых балок металлические колонны и основание и расположенные под углом к основанию, причем элементы связей установлены попарно с одной стороны каркаса и выполнены жесткими, при этом парные элементы связей расположены симметрично относительно плоскости поперечной рамы и соединены с металлическими колоннами листовыми диафрагмами (а.с. СССР №1357526, МПК Е 04 G 23/00, опубл.07.12.87).

Описанные устройства не обладают достаточной пространственной жесткостью.

Известна также опорная система для усиления промышленных зданий, включающая каркас из жестко соединенных опорных элементов и элементов связей, расположенных в горизонтальном положении. В опорной системе каркас выполнен в форме усеченного конуса, в который вписано здание, при этом опорные элементы выполнены наклонными и равнорасположены по окружности, причем смежные опорные элементы установлены симметрично друг к другу и жестко соединены друг с другом верхними концами, а их нижние концы жестко соединены с нижними концами последующих опорных элементов. При этом элементы связи установлены в промежуточных сечениях каркаса дополнительно к имеющимся с образованием ярусных элементов связи, а также установлены попарно дополнительные наклонные опорные элементы, жестко состыкованные верхними концами друг с другом и промежуточным элементом связи соответствующего яруса, а нижними концами - с нижними концами основных опорных элементов (патент РФ №2196209, МПК Е 04 G 23/00, опубл.10.01.2003).

Указанная опорная система имеет следующие недостатки:

а) система обладает относительно недостаточной пространственной жесткостью и прочностью из-за того, что элементы расположены только по образующей усеченного конуса;

б) она не предназначена для усиления сооружений некругового сечения в плане, в частности, прямоугольного сечения, особенно, для вытянутых в одном направлении сооружений;

в) система не может воспринимать нагрузки непосредственно от горизонтальных участков конструкций, поэтому непригодна для усиления таких элементов сооружений, как покрытия и перекрытия;

г) систему нерационально устанавливать внутри сооружений из-за трудностей осуществления монтажа и высокой металлоемкости.

Задачами изобретения являются повышение пространственной жесткости и прочности системы, расширение функциональных возможностей, а также увеличение технологичности монтажа и снижение металлоемкости.

Поставленная задача решается разработкой опорной системы для усиления строительных сооружений, включающей основание, каркас из жестко соединенных наклонных опорных элементов и элементов связей, по обе стороны усиливаемой конструкции на некотором удалении от нее выполнены, по крайней мере, по одной паре оснований. К основаниям жестко присоединены нижние концы наклонных опорных элементов, верхние концы которых связаны друг с другом и с продольными поясами на стыковочных узлах с образованием пирамид. При этом ребра верхней пирамиды образованы верхними опорными элементами, а ребра нижней пирамиды сформированы нижними опорными элементами. Исходящие от нижнего стыковочного узла раскосы верхними концами соединены с расположенными по разные стороны стены усиливаемой конструкции балками. Раскосы расположены по ребрам перевернутой пирамиды с вершиной на нижнем стыковочном узле. Балки стянуты между собой стержнями. Верхние наклонные элементы и раскосы соединены между собой в средней части.

Боковые узлы, расположенные по одной стороне усиливаемой стены, могут быть соединены между собой при помощи элементов связи. Основания могут быть расположены, в частности, на вершинах прямоугольника. Продольный пояс может состоять из звеньев, расположенных по разные стороны усиливаемой стены и стянутых друг с другом. Секции опорной системы могут быть объединены и образовывать единый комплекс.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой опорной системы для усиления строительных сооружений (в поперечном сечении сооружения); на фиг.2 изображен вид А опорной системы на фиг.1; на фиг.3 - опорная система, вид сверху; на фиг.4 приведена схема опорной системы с дополнительно установленным нижним опорным элементом; на фиг.5 - вид А опорной системы на фиг.1 (с дополнительно установленным элементом связи); на фиг.6, 7 и 8 показаны варианты исполнения опорной системы, состоящей из нескольких секций, используемой как единый комплекс для вытянутых в одном направлении сооружений.

Опорная система для усиления строительных сооружений состоит из секций, которые могут быть использованы как самостоятельно, так и объединены в единый комплекс, состоящий из нескольких секций.

Каждая секция опорной системы имеет основания 1, к которым присоединены нижние концы наклонных опорных элементов (подкосов) 2. Основания 1 размещены на некотором удалении от стены усиливаемой конструкции 3. Для одной секции обычно их располагают по одной паре с каждой стороны стены усиливаемой конструкции. Таким образом, основания находятся на вершинах условного четырехугольника, в частности прямоугольника (штриховые линии на фиг.3). Допускается выполнять основание как сплошным, так и блочным (расположенным локально).

Наклонно расположенные верхние опорные элементы 2 установлены попарно по разные стороны усиливаемой стены 3. Таким образом, нижние концы верхних опорных элементов 2 отстоят друг от друга на некотором расстоянии. Верхние концы опорных элементов 2 связаны друг с другом и со звеном 4 верхнего продольного пояса с образованием верхнего стыковочного узла. В качестве звеньев 4 могут быть использованы, например, швеллеры, уголки и другие профили. Два звена 4 верхнего продольного пояса расположены по разные стороны усиливаемой стены 3 и связаны (стянуты) друг с другом при помощи соединения 5 (сварное, резьбовое или другое известное соединение с использованием при необходимости косынок, накладок и т.д.). Соединения 5 между звеньями 4 должны обеспечивать фиксацию стены 3 к звеньям 4. Таким образом, верхние опорные элементы 2 расходятся от верхнего стыковочного узла и расположены по ребрам пирамиды, в основании которой лежит воображаемый четырехугольник, в частности прямоугольник.

Ниже верхнего продольного пояса смонтирован нижний продольный пояс, состоящий из звеньев 6, расположенных также по разные стороны усиливаемой стены 3 и связанных друг с другом посредством соединения 7 (сварное, резьбовое или другое известное соединение с использованием при необходимости косынок, накладок и т.д.). В качестве звеньев 6 могут быть использованы, например, швеллеры, уголки и другие профили.

На нижнем поясе сформирован нижний стыковочный узел, в котором соединены друг с другом нижние концы наклонных раскосов 8. Раскосы 8, исходящие от нижнего, стыковочного узла, попарно верхними концами соединяются с поддерживающими покрытие балками 9, расположенными по разные стороны усиливаемой стены 3 и отстоящими от стены 3 на некотором расстоянии. Таким образом, раскосы 8 расходятся от нижнего стыковочного узла и расположены по ребрам перевернутой вершиной вниз пирамиды, в основании которой может лежать воображаемый четырехугольник, в частности прямоугольник. При этом по двум ребрам основания пирамиды проходят балки 9. Балки 9 стянуты между собой стержнями 10.

Каждый верхний опорный элемент 2 и соответствующий ему раскос 8 средними частями жестко соединены между собой соединением 11 (сварное, резьбовое или другое известное соединение с использованием при необходимости косынок, накладок и т.д.) с образованием бокового узла.

Таким образом, верхняя и нижняя пирамиды состыкованы друг с другом боковыми ребрами при помощи соединений 11 и образуют жесткую конструкцию, позволяющую оптимально передавать как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки.

Балки 9 подпирают плиты 12 покрытия (перекрытия). Между балкой 9 и подпираемыми ею плитами 12 могут быть установлены подкладки (не показаны). При необходимости обеспечения требуемого контакта могут быть использованы клинья (не показаны), устанавливаемые между балкой 9 и подкладками под панелями покрытия (перекрытия).

В другом варианте исполнения в опорной системе дополнительно установлены нижние наклонные опорные элементы 13, концы которых связывают нижний опорный узел с основаниями 1. Нижние опорные элементы 13 также образуют пирамиду, и ее вершина состыкована с вершиной перевернутой пирамиды.

Боковые узлы, расположенные по одной стороне усиливаемой стены, могут быть соединены между собой при помощи элементов связи (перемычек) 14, которые увеличивают жесткость опорной системы и устойчивость ее элементов.

Опорная система работает следующим образом.

Верхние опорные элементы 2, расходящиеся в разные стороны от верхнего стыковочного узла и расположенные по ребрам пирамиды, воспринимают через верхний стыковочный узел и звенья 4 нагрузки, приходящиеся на усиливаемую конструкцию (на стеновую панель) 3, и передают их на основания 1. При этом верхние опорные элементы 2 удерживают усиливаемую конструкцию 3 от падения или опрокидывания набок.

Аналогично работают нижние наклонные опорные элементы 13, расходящиеся в разные стороны от нижнего стыковочного узла и расположенные по ребрам пирамиды. Нагрузки на нижний стыковочный узел передаются от усиливаемого сооружения через звенья 6. Нижние наклонные опорные элементы 13 воспринимают и передают на основание 1 нагрузки, приходящиеся на нижний стыковой узел усиливаемой конструкции 3, и совместно с верхними опорными элементами 2 удерживают усиливаемую конструкцию 3 от падения или опрокидывания набок.

Раскосы 8, расходящиеся от нижнего стыковочного узла в разные стороны и расположенные по ребрам перевернутой вершиной вниз пирамиды, воспринимают нагрузку от панелей 12 покрытия через балки 9 и передают нагрузку частично на нижний стыковочный узел, частично на верхние опорные элементы 2 через соединения 11. Стержни 10 стягивают балки 9 между собой, предотвращая расхождение балок 9 друг от друга. Используемые при необходимости клинья, устанавливаемые между балкой 9 и накладками под панелями покрытия (перекрытия), обеспечивают требуемый контакт, позволяющий равномерно передавать нагрузки от панелей покрытия на опорную систему.

Элементы связи 14, связывающие соединения 11 друг с другом, предотвращают смещения соединений 11, увеличивают жесткость опорной системы.

Если опорная система реализована в виде единого комплекса, то нагрузки от усиливаемой конструкции распределяются между элементами комплекса, частично взаимоуравновешивая друг друга. При этом появляется возможность объединения локальных оснований и уменьшения их числа.

Предлагаемая опорная система обладает высокой пространственной жесткостью и прочностью, поскольку элементы системы образуют пирамиды, которые сами по себе имеют высокую жесткость и прочность. Кроме того, элементы конструкции образуют жесткие треугольники. Наличие треугольных образований и возможность передачи усилий от верхней перевернутой пирамиды на неперевернутые пирамиды, позволяют оптимизировать силовую схему. Обеспечивается рациональная передача как вертикальных, так и горизонтальных нагрузок от усиливаемой конструкции, а также достигается минимальная деформативность системы. Кроме того, система разгружает часть фрагментов усиливаемой конструкции и конструкций, находящихся по соседству.

Таким образом, опорная система обеспечивает восприятие всех нагрузок, действующих на усиливаемое сооружение, надежно предотвращая его от разрушения (падения и разрушения панелей), в том числе от аварийного. Конструкция каркаса опорной системы обладает малой металлоемкостью, поскольку ее элементы работают в основном на сжатие и растяжение, а не на изгиб, а также не требуется применение массивных металлических колонн. Форма опорной системы позволяет устанавливать фундамент (основание) системы на некотором удалении от зоны ослабленного фундамента сооружения, обеспечивая тем самым прочность, устойчивость и надежность самой опорной системы. Реализация опорной системы в виде отдельных секций позволяет увеличить технологичность монтажа и уменьшить время сборки. Возможность объединения секций в единый комплекс позволяет расширить функциональные возможности и экономию материалов.

1. Опорная система для усиления строительных сооружений, включающая основание, каркас из жестко соединенных наклонных опорных элементов и элементов связей, отличающаяся тем, что по обе стороны стены усиливаемой конструкции на некотором удалении от нее выполнены по одной паре оснований, к которым жестко присоединены нижние концы наклонных опорных элементов, верхние концы наклонных опорных элементов связаны друг с другом и с продольными поясами на стыковочных узлах с образованием пирамид, при этом верхняя пирамида образована верхними опорными элементами, а нижняя пирамида сформирована нижними опорными элементами, причем исходящие от нижнего стыковочного узла раскосы попарно верхними концами соединены с поддерживающими покрытие балками, расположенными по разные стороны стены усиливаемой конструкции и стянутыми между собой стержнями, с образованием перевернутой пирамиды с вершиной на нижнем стыковочном узле, притом верхние наклонные элементы и раскосы соединены между собой в средней части.

2. Опорная система для усиления строительных сооружений по п.1, отличающаяся тем, что боковые узлы, расположенные по одной стороне усиливаемой стены, соединены между собой при помощи элементов связи.

3. Опорная система для усиления строительных сооружений по п.1 или 2, отличающаяся тем, что основания расположены на вершинах условного прямоугольника.

4. Опорная система для усиления строительных сооружений по п.1 или 2, отличающаяся тем, что два звена продольного пояса расположены по разные стороны усиливаемой стены и стянуты друг с другом.

5. Опорная система для усиления строительных сооружений по п.1 или 2, отличающаяся тем, что секции опорной системы объединены в единый комплекс.