Патент на изобретение №2352727

(54) ЗДАНИЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства, в частности к зданию. Технический результат заключается в улучшении статической работы и уменьшении веса несущих конструкций здания. Здание содержит железобетонные плиты перекрытий, железобетонные капители и колонны. Капители оперты на колонны и прикреплены к плитам. Каждая колонна разделена на множество ветвей. Каждая ветвь удалена от ближайшей ветви на расстояние, превышающее ширину пирамиды продавливания капители ветвью. Каждая ветвь прикреплена к капители с возможностью образования с ней и со всеми ветвями своей колонны пространственной рамы. 3 ил.

Изобретение относится к строительству.

Известно здание, содержащее железобетонные плиты перекрытий и железобетонные колонны, на которые оперты плиты (см. В.М.Бондаренко, Д.Г.Суворкин. “Железобетонные и каменные конструкции”. – Москва, “Высшая школа”, 1987, с.267, рис.147).

Такое здание применяется в основном там, где нет внутренних несущих стен, а общая нагрузка на перекрытие не превышает 1 т/м².

Толщина плиты перекрытия из тяжелого бетона ВЗО подбирается по допустимому прогибу и при шаге колонн 6 м достигает 20 см, а ее вес превышает 500 кг/м².

Ширина колонны в здании высотой менее 30 этажей подбирается по расчету плиты на продавливание ее колонной от одноэтажной нагрузки и поэтому не уменьшается с высотой здания.

Наиболее близким к данному изобретению по совокупности существенных признаков является здание, содержащее железобетонные плиты перекрытий, лежащие на железобетонных капителях, опертых на железобетонные колонны (см. там же, с.326, рис.198).

Ширина колонны в здании высотой менее 15 этажей подбирается по расчету на продавливание капители колонной от одноэтажной нагрузки и поэтому не уменьшается с высотой здания, достигая 0,1 от шага колонн.

Ширина капители подбирается по расчету на продавливание плиты капителью от одноэтажной нагрузки и достигает 0,35 от шага колонн.

Такая громоздкая капитель применяется в основном в производственных зданиях с большой временной нагрузкой (до 2 т/м² и более).

При столь большой временной полосовой нагрузке через пролет и со сдвигом на один шаг колонн на смежных этажах сильно поворачивается верх колонны с капителью, край которой упруго проседает под плитой, поэтому жесткой опорой плиты является не край капители (как при сплошной нагрузке), а край (грань) колонны, т.е. рабочий пролет плиты принимается равным шагу колонн.

При шаге колонн 6 м толщина плиты 20 см, высота капители 60 см, ширина капители 2,1 м, ширина колонны 60 см.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение – улучшение статической работы несущих конструкций здания.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, – уменьшение веса несущих конструкций здания.

Для достижения этого технического результата сущность изобретения выражается в совокупности признаков, находящихся в причинно-следственной связи с указанным результатом.

В здании, содержащем железобетонные плиты перекрытий, железобетонные капители и колонны, на которые оперты капители, прикрепленные к плитам, каждая колонна разделена на множество ветвей, а каждая ветвь удалена от ближайшей ветви на расстояние, преимущественно превышающее ширину пирамиды продавливания капители ветвью, и прикреплена к капители с возможностью образования с ней и со всеми ветвями своей колонны пространственной рамы.

На чертежах приведен пример исполнения несущих конструкций типового этажа предлагаемого здания, где

на фиг.1 – план фрагмента плиты перекрытия, опертого на четыре капители;

на фиг.2 – план одной капители, опертой на колонну, состоящую из восьми ветвей, расположенных вокруг вертикальной оси колонны;

на фиг.3 – вертикальный разрез по оси колонны.

Здание содержит железобетонные плиты 1 перекрытий, железобетонные капители 2 и железобетонные (или стальные) колонны 3 (обозначены вертикальные оси колонн), на которые оперты капители 2, прикрепленные к плите 1.

Каждая колонна 3 разделена на восемь ветвей 4, а каждая ветвь 4 удалена от ближайшей ветви 4 больше чем на ширину пирамиды 5 (показаны пунктиром) продавливания капители 2 ветвью 4.

Каждая ветвь 4 жестко прикреплена к своей капители 2, что дает возможность образовать с капителью 2 и со всеми ветвями 4 своей колонны 3 пространственную раму.

Раздвижка ветвей 4 друг от друга на расстояние, превосходящее ширину пирамиды 5, позволяет максимально использовать несущую способность каждой пирамиды 5 на продавливание.

Поэтому, в принципе, можно подобрать столь большое число ветвей 4 в колонне 3, что каждая пирамида 5 без поперечной арматуры выдержит все продавливание капители 2 ветвью 4, даже если толщина капители 2 не превысит толщину перекрытия (плита 1 плюс подвесной потолок), а ширина ветви 4 будет стремиться к нулю.

Это позволит ширину ветви 4 на верхних этажах здания подобрать по ее устойчивости от вертикальной многоэтажной нагрузки, что на порядок меньше ширины колонны прототипа.

Погонная жесткость капители 2 многократно больше, чем у ветви 4 на верхних этажах, поэтому капитель 2 преобразует односторонний опорный момент защемления в ней плиты 1 в пару вертикальных сил в противостоящих ветвях 4, практически не передавая им моментов от вертикальных нагрузок, а также полностью защемляя ветвь 4, которая к капители 2 жестко прикреплена.

Внизу здания погонная жесткость ветвей 4, наоборот, многократно больше, чем у капители 2. Поэтому они в ней практически не защемлены даже при жестком прикреплении. Но это им не требуется, так как их сечения уже очень развиты. Уменьшение ширины ветвей 4 с высотой здания уменьшает вес колонн 3 в 1,8 раза по сравнению с колоннами с постоянным поперечным сечением.

Размещение капители 2 внутри перекрытия позволит резко увеличить область ее применения. Особенно эффективна она там, где временная нагрузка многократно меньше, чем у прототипа. При числе ветвей 4 в колонне 3 более четырех пол внутри колонны 3 может быть использован для подсобных помещений.

Многократно большая по сравнению с плитой 1 вертикальная жесткость капители 2 позволяет выполнить ее с большой консолью за пределами колонны 3. Тогда при той же ширине капители 2, что и у прототипа (0,35 от шага колонн), ширину колонны 3 можно будет принять примерно 0,2 от шага колонн, т.е. площадь пола внутри колонны 3 не превысит 4% от общей площади.

Общая большая вертикальная жесткость пространственной рамы обеспечит плите 1 опору по краям капители 2. Поэтому рабочий пролет плиты уменьшится по сравнению с прототипом в 1,5 раза.

Это позволит уменьшить толщину плиты 1 в 1,5 раза при той же нагрузке на перекрытие.

Или – при той же толщине плиты 1 (20 см) – выполнить ее из самого легкого бетона Д800 класса В7,5. Тогда капитель 2 из В30 толщиной также 20 см (но на порядок жестче плиты 1 из Д800) может быть полностью размещена внутри одной только плиты 1 (не нужен подвесной потолок). Вес такой плиты 1 уменьшится по сравнению с прототипом в 2,5 раза, а всего перекрытия (с учетом веса капители 2) – в 2 раза.

Наиболее эффективно использовать скрытую в плите 1 капитель 2 в жилье, где временная нагрузка минимальна. Для этого поэтажные стены из легкого бетона должны проходить через вертикальные оси колонн 3, а колонны 3 должны состоять из четырех ветвей 4, которые могут быть полностью размещены в поэтажных стенах. Тогда такие скрытые ветви 4 совсем не отнимают полезную площадь помещений.

В таких условиях может оказаться более выгодной ориентация капители диагоналями вдоль рядов колонн (т.е. поворот капители в горизонтальной плоскости на 45° по отношению к прототипу). Общая поэтажная нагрузка уменьшится до 0,5 т/м² – в 2 раза меньше, чем в современных жилых домах с несущими стенами из тяжелого бетона.

Таким образом, при той же нагрузке на перекрытие, что и у прототипа, общий вес плиты 1 из Д800 уменьшится в 2,5 раза, всего перекрытия с капителью 2 из В30 – в 2 раза, а колонн 3 при той же этажности – в 1,8 раза.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволяет установить его соответствие критерию “новизна”, так как оно не известно из уровня техники.

Предлагаемое здание “промышленно применимо” с помощью общеизвестных существующих средств.

Заявленное техническое решение имеет “изобретательский уровень”, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Таким образом, заявленное изобретение патентоспособно.

Формула изобретения

Здание, содержащее железобетонные плиты перекрытий, железобетонные капители и колонны, на которые оперты капители, прикрепленные к плитам, отличающееся тем, что каждая колонна разделена на множество ветвей, а каждая ветвь удалена от ближайшей ветви на расстояние, преимущественно превышающее ширину пирамиды продавливания капители ветвью, и прикреплена к капители с возможностью образования с ней и со всеми ветвями своей колонны пространственной рамы.

РИСУНКИ