Патент на изобретение №2388877

(54) АРМАТУРНЫЙ КАРКАС ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительству, в частности к изготовлению плоских арматурных каркасов – узких сеток, используемых в массовом производстве изгибаемых железобетонных элементов при реконструкции зданий или усилении, например, пустотных панелей перекрытия. Техническим результатом изобретения является упрощение изготовления и повышение качества арматурного каркаса, повышение прочности наклонных сечений железобетонных изделий, сокращение технологических операций по механической обработке арматурной стали, в частности по резке арматурных стержней и последующей их сварки в местах сочленения с продольной арматурой; снижение трудоемкости при изготовлении арматурного каркаса, экономия металла, энергии и сварочного материала; снижение травматизма при изготовлении и монтаже арматурного каркаса. Результат при использовании изобретения достигается тем, что в арматурном каркасе, содержащем продольные рабочие, монтажные и поперечные стержни, – поперечные стержни выполнены в виде сетки «зигзаг», закрепленной на цельном остове арматурного каркаса. 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к изготовлению плоских арматурных каркасов – узких сварных сеток, используемых в массовом производстве изгибаемых железобетонных элементов при реконструкции зданий или при усилении.

Известен арматурный каркас для железобетонных элементов, включающий продольные стержни и прикрепленные к ним поперечную арматуру в виде вертикальных незамкнутых хомутов с изгибами на вершинах ветвей, при этом поперечные стержни выполнены L- или П-образной формы / пат.2020228 RU, МПК5 Е04С 5/06. Арматурный каркас/Горбунков А.П., Арончик В.Б., Коротков А.Т., заявка: 5016983/33 от 19.12.91; опубл. 30.09.94. Бюл. 18 / [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при изготовлении известного арматурного каркаса для железобетонных элементов, относится то, что совокупность технологического процесса изготовления и сборки составных частей известного арматурного каркаса многодельна и сложна; при большом объеме сварки поперечных стержней трудоемкость арматурных работ велика, значительны расходы энергии на резку и последующую сварку стержней арматуры, увеличен расход стали при раскрое и резке коротких стержней, а также увеличен расход сварочных материалов; вертикальные поперечные стержни известного арматурного каркаса менее эффективны в работе на поперечную силу по сравнению с наклонными хомутами и отгибами.

Известен арматурный каркас для железобетонных элементов, включающий поперечные вертикальные стержни с перегибами синусоидальной формы с возможностью установки на перегибе дополнительного отдельного арматурного стержня / А.с. 1761901 SU, МПК5, Е04С 5/04; Арматурная сетка для железобетонных изделий/ В.В.Жариков; заявка: 4896180/33 от 27.12.90; опубл. 15.09.92. Бюл. 34, ил. (фиг.4) /[2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при изготовлении известного арматурного каркаса для железобетонных элементов, относится то, что изготовление арматурного каркаса осуществляют преимущественно для горизонтального формирования плоских элементов, следовательно, невозможно его изготовление и использование в несущих ребрах железобетонных элементов; при большом объеме сварки поперечных стержней трудоемкость арматурных работ велика, значительны расходы энергии на резку и последующую сварку стержней арматуры, увеличен расход стали при раскрое и резке коротких стержней, а также увеличен расход сварочных материалов; вертикальные поперечные стержни арматурного каркаса менее эффективны в работе на поперечную силу по сравнению с наклонными хомутами и отгибами.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по совокупности признаков является арматурный каркас для железобетонных элементов, включающий отдельные продольные и поперечные стержни, а также поперечную арматуру в виде отгибов или вертикальных хомутов и отгибов, расположенных на приопорных участках железобетонных элементов / Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций без преднапряжения арматуры, (к СП 52-101-2003). ОАО ЦНИИ Промзданий, 2005. Элементы, армированные отгибами, черт.3.14 и 3.15; Поперечное армирование, черт.5.2);/[3] – принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при изготовлении известного арматурного каркаса для железобетонных элементов, относится то, что совокупность технологического процесса сборки элементов известного каркаса многодельна и сложна, резка арматуры на короткие стержни повышает трудоемкость и потенциальную опасность арматурных работ вследствие отлета коротких стержней; при ручной вязке элементов известного арматурного каркаса невозможно применение механизированного изготовления арматуры при больших объемах работ; вязка арматурных каркасов по сравнению с изготовлением их на сварочных машинах требует больших трудовых затрат и увеличения расхода металла на (15÷20)% за счет изготовления отгибов и крюков на концах стержней, необходимых для анкеровки в бетоне.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в упрощении изготовления и повышении качества арматурного каркаса для железобетонных изделий; в повышении прочности наклонных сечений железобетонных изделий; в сокращении технологических операций по механической обработке арматурной стали, в частности, по резке арматурных стержней и последующей их сварки в местах сочленения с продольной арматурой; в снижении трудоемкости при изготовлении арматурного каркаса; в экономии металла и вязальной проволоки; экономии энергии и материалов сварки.

Технический результат – упрощение изготовления плоского арматурного каркаса (узкой сетки); повышение жесткости и неизменяемости формы плоского каркаса; повышение надежности анкеровки продольной и поперечной арматуры каркаса; повышение прочности сцепления с бетоном изогнутых стержней арматуры; сокращение объемов резки продольной и поперечной арматуры каркаса; снижение числа одновременно свариваемых пересечений; снижение трудоемкости при изготовлении поперечной арматуры при использовании сетки «зигзаг» и сборки ее в арматурный каркас; снижение расхода металла при его раскрое; улучшение качества изготовления сеток «зигзаг»; сокращение объема сварочных работ; экономия энергии; упрощение изготовления и установки фиксаторов однократного использования; возможность механизации арматурных работ и централизованного изготовления узких сеток «зигзаг»; возможность навивки на стенде непрерывной арматуры для изготовления узких сеток «зигзаг»; снижение травматизма при изготовлении и монтаже арматурного каркаса; снижение усадочных напряжений в бетоне и повышение прочности наклонных сечений железобетонных изделий.

Указанный технический результат при использовании изобретения достигается тем, что в известном арматурном каркасе для железобетонных элементов, включающем продольные рабочие и монтажные стержни, хомуты и отгибы поперечной арматуры, особенностью является то, что остов арматурного каркаса выполнен цельным путем загиба концов продольных рабочих и/или монтажных стержней; хомуты и отгибы поперечной арматуры выполнены в виде узкой сетки «зигзаг» с наклонными к продольной оси ветвями, с закруглениями хомутов и отгибов поперечной арматуры при загибе в виде полукруга диаметром, равным величине шага хомутов и отгибов по длине каркаса, с прикреплением или без такового в местах сочленения их со стержнями остова каркаса.

Следующая особенность заключается в том, что для изготовления остова каркаса применена арматурную сталь гладкого профиля (6÷40) мм класса А240 (A-I) или периодического профиля (10÷40) мм классов А300 (A-II) и А400 (A-III). Крайний поперечный стержень приопорного участка плоского арматурного каркаса выполнен в виде гнутого стержня продольной рабочей и/или монтажной арматуры диаметром d_a0,5·d, где d – диаметр продольной рабочей арматуры, мм. Узкая сетка «зигзаг» выполнена в виде отгибов поперечной арматуры с загибами в местах пересечения с продольными стержнями остова каркаса в форме полукруга диаметром, равным величине шага поперечной арматуры. Узкая сетка «зигзаг» выполнена в виде хомутов и отгибов поперечной арматуры с углом отгиба в пределах =(45±15) град, с требуемым шагом по длине каркаса, равным u=(l/3÷3/4)·h, здесь h – высота поперечного сечения железобетонного элемента, мм; с загибом в местах пересечения с продольными стержнями остова каркаса диаметром D₃, мм, не менее минимального диаметра оправки d_оп, мм, для стержней поперечной арматуры диаметром d₂, мм, то есть D₃d_оп2,5·d₂, мм. Узкая сетка «зигзаг» выполнена неразрезной в виде S-образных хомутов поперечной арматуры и наклонных отгибов поперечной арматуры с углом отгиба в пределах =(45±15)град; с требуемым шагом по длине каркаса, равным u=(l/3÷3/4)·h, здесь h – высота поперечного сечения железобетонного элемента, мм.

Узкая сетка «зигзаг» выполнена с пересечением наклонных ветвей отгибов в поперечном сечении каркаса в форме «восьмерки», которые нанизаны или навиты на продольные стержни остова каркаса. Узкая сетка «зигзаг» выполнена с расположением в поперечном сечении каркаса хомутов и отгибов поперечной арматуры в форме узкого овала, которые нанизаны или навиты на продольные стержни остова каркаса. Узкая сетка «зигзаг» выполнена в виде накладки на продольные стержни остова каркаса с прикреплением в местах соприкосновения продольной и поперечной арматуры. Узкая сетка «зигзаг» прикреплена в виде вставки, уложенной вплотную к продольным стержням остова каркаса, с прикреплением в местах соприкосновения продольной и поперечной арматуры. Узкая сетка «зигзаг» выполнена цельной или составной в виде частей сетки, соединенных между собой по длине железобетонного элемента.

Диаметры отгибов и расстояние между отгибами определены по расчету прочности железобетонного элемента на поперечную силу.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом работы заключена в следующем.

Применение остова каркаса цельным путем загиба продольных рабочих и/или монтажных стержней, а также неразрезных поперечных стержней в виде сетки «зигзаг» упрощает изготовление плоского арматурного каркаса для железобетонных изделий; повышает жесткость и неизменяемость формы каркаса; повышает надежность анкеровки продольной и поперечной арматуры каркаса за счет неразрезности и плавных загибов ее концов; повышает прочность сцепления изогнутой стержневой арматуры с бетоном; применение неразрезной арматуры для поперечных стержней сокращает объемы резки ее, снижает в 5-8 раз число одновременно свариваемых пересечений стержней; снижает трудоемкость изготовления поперечной арматуры при использовании сетки «зигзаг» и сборки в арматурный каркас; снижение объемов резки стержневой арматуры сокращает расход метала при его раскрое, улучшает качество изготовления сеток «зигзаг», в частности, и арматурного каркаса в целом; сокращение объема сварочных работ на (50÷75)% и более дает экономию энергии строительного производства на резку и последующую сварку элементов арматурного каркаса; упрощение изготовления и установки фиксаторов однократного использования надежно обеспечивает требуемую толщину слоя бетона; изготовление узких плоских сеток «зигзаг» позволяет механизировать производство арматурных работ и возможность навивки на стенде непрерывной арматуры для изготовления плоских сеток; отсутствие острых концов арматурных стержней снижает травматизм работающих при изготовлении узких сеток; применение закруглений на концах поперечных стержней арматурного каркаса снижает напряжения усадки в бетоне и повышает прочность наклонных сечений железобетонных изделий по изгибающим моментам и поперечным силам.

На фиг.1 изображено расположение на приопорной части железобетонного элемента предлагаемого арматурного каркаса, изготовленного с применением узкой сетки «зигзаг» с наклонными ветвями поперечной арматуры, расположенными под углом , град:

1 – продольная рабочая арматура диаметром d, мм;

2 – продольная монтажная арматура диаметром d₁, мм;

3 – наклонные ветви поперечной арматуры диаметром d₂, мм;

4 – фиксаторы, обеспечивающие толщину защитного слоя бетона;

5 – вертикальная ветвь монтажной/поперечной арматуры диаметром d_оn0,5·d, мм, заведенная за опору изгибаемого элемента;

6 – вертикальная ветвь сетки «зигзаг», заведенная за опору элемента;

7 – опорная часть изгибаемого железобетонного элемента;

8 – места точечной сварки элементов каркаса;

С_i – расстояния от опоры до расчетных точек элемента;

– угол наклона (45±15 град) ветвей сетки «зигзаг»;

d; d₁; d₂ – соответственно диаметры продольной рабочей, монтажной и поперечной арматуры – сетки «зигзаг», мм,

d_on – диаметр вертикальных стержней поперечной арматуры, заведенной за грань опоры элемента, мм;

h – высота поперечного сечения железобетонного элемента, мм.

Q – поперечная сила, кН;

F – сосредоточенная нагрузка на приопорном участке изгибаемого железобетонного элемента, кН.

На фиг.2 изображена витая сетка «зигзаг» с наклонными ветвями поперечной арматуры каркаса для железобетонных элементов:

а; b – длина наклонных ветвей сетки «зигзаг», мм;

R=0,5·S – радиус закругления наклонных ветвей, мм;

S – шаг наклонных ветвей сетки «зигзаг», мм;

u₁; u₂ – расстояния между точками перегиба наклонных ветвей, мм

f – длина фиксатора арматурного каркаса, мм

(позиции 3, 4 и 6 см. фиг.1).

На фиг.3-5 изображены изделия предлагаемого плоского арматурного каркаса, расположенные на опорном участке изгибаемого железобетонного элемента, с цельным остовом:

типа I – гнутого по всему периметру каркаса;

типа II – гнутого по трем участкам монтажной арматуры;

типа III – содержащим отдельные, скрепленные друг с другом продольные и поперечные стержни (позиции 1, 2 и 3 см. фиг.1).

На фиг.6-8 изображено расположение на приопорном участке изгибаемого железобетонного элемента (высотой h, мм) предлагаемого арматурного каркаса с узкой сеткой «зигзаг», выполненной в виде вертикальной и наклонной ветви поперечной арматуры диаметром d₂, мм, под углом =(45±15)град, с шагом u=(l/3÷3/4)·h с загибами в местах пересечения с продольными стержнями диаметром d, мм, остова каркаса диаметром загиба D₃, мм, принятого по условию D₃d2,5·d₂ (позиции 1-8 см. фиг.1).

На фиг.9 изображен конструктивный каркас с поперечной арматурой в виде сетки рабица, нанизанный на продольные стрежни остова каркаса

(позиции 1, 2 и 3 см. фиг.1).

На фиг.10-13 изображены поперечные сечения предлагаемых плоских арматурных каркасов для железобетонных элементов с сеткой «зигзаг» в качестве поперечной арматуры, выполненной:

– с расположением ветвей поперечной арматуры в одной плоскости в форме узкого овала и нанизана или навита на остов каркаса (фиг.10);

– с пересечением ветвей арматуры в поперечном сечении каркаса в одной плоскости в форме «восьмерки» и нанизана или навита на остов каркаса (фиг.11) (позиции 1, 2 и 3 см. фиг.1);

– с прикреплением сетки «зигзаг» в виде накладки на продольные стержни остова каркаса с помощью сварки и/или вязки арматурной проволокой (фиг.12);

– с прикреплением узкой сетки «зигзаг» в виде вставки, уложенной вплотную к остову каркаса с помощью сварки и/или вязки (фиг.13).

Сведения, подтверждающие возможность применения изобретения с получением указанного выше технического результата

Техническим осмотром здания установлено, что подлежащее усилению железобетонное перекрытие холла 8-го этажа состоит из железобетонных многопустотных панелей перекрытия с круглыми пустотами D=159 мм; высота сечения 220 мм; размеры панелей в плане 1,2×5,86 м.

В проекте усиления панелей применена арматура класса А 400 (A-III) для продольных стержней рабочей и монтажной арматуры диаметром (14÷18) мм и класса А 240 (A-I) для поперечных стержней каркаса усиления – плоской сетки «зигзаг» диаметром (8÷10) мм. Плоские арматурные каркасы усиления установлены в четырех (из 6) пустотных каналов через щели в нижней полке панели, прорезанные в средней части панели перекрытия; ширина щели (40±10) мм; длина щели 3000 мм. Плоские арматурные каркасы – сетки «зигзаг» – имеют продольные стержни рабочей арматуры длиной 2920 мм; ширина каркаса В=150 мм. Арматурное изделие усиления для плит выполнено в виде плоских каркасов усиления с поперечными стержнями каркаса усиления – узкой сетки «зигзаг» на приопорной части.

Источники информации

1. Пат. 2020228 RU, МПК5 Е04С 5/06. Арматурный каркас/Горбунков А.П., Арончик В.Б., Коротков А.Т., заявка: 5016983/33 от 19.12.91; опубл. 30.09.94. Бюл.18.

2. А.с. 1761901 SU, Е04С 5/04. Арматурная сетка для железобетонных изделий/ В.В.Жариков; заявка: 4896180/33 от 27.12.90; опубл. 15.09.92. Бюл. 34, ил.(фиг.4).

3. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без преднапряжения арматуры (к СП 52-101-2003). ОАО ЦНИИ Промзданий, 2005. Элементы, армированные отгибами, черт.3.14 и 3.15; Поперечное армирование, черт.5.2.

Формула изобретения

1. Арматурный каркас для железобетонных элементов, включающий продольные рабочие и монтажные стержни, хомуты и отгибы поперечной арматуры, отличающийся тем, что остов арматурного каркаса выполнен цельным путем загиба концов продольных рабочих и/или монтажных стержней; хомуты и отгибы поперечной арматуры выполнены в виде узкой сетки «зигзаг» с наклонными к продольной оси ветвями, с закруглениями хомутов и отгибов поперечной арматуры при загибе в виде полукруга диаметром, равным величине шага хомутов и отгибов по длине каркаса, с прикреплением или без такового в местах сочленения их со стержнями остова каркаса.

2. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что для изготовления остова каркаса применена арматурная сталь гладкого профиля (6÷40)мм класса А240 (A-I) или периодического профиля (10÷40) мм классов А300 (А-II) и А400 (A-III).

3. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что крайний поперечный стержень приопорного участка плоского арматурного каркаса выполнен в виде гнутого стержня продольной рабочей и/или монтажной арматуры диаметром d_a0,5·d, где d – диаметр продольной рабочей арматуры, мм.

4. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что узкая сетка «зигзаг» выполнена в виде отгибов поперечной арматуры с загибами в местах пересечения с продольными стержнями остова каркаса в форме полукруга диаметром, равным величине шага поперечной арматуры.

5. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что узкая сетка «зигзаг» выполнена в виде хомутов и отгибов поперечной арматуры с углом отгиба в пределах =(45±15)°, с требуемым шагом по длине каркаса, равным u=(1/3÷3/4)·h, где h – высота поперечного сечения железобетонного элемента, мм; с загибом в местах пересечения с продольными стержнями остова каркаса диаметром D₃, мм, не менее минимального диаметра оправки d_оп, мм, для стержней поперечной арматуры диаметром d₂, мм, то есть D₃d_оп2,5·d₂, мм.

6. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что узкая сетка «зигзаг» выполнена неразрезной в виде S-образных хомутов поперечной арматуры и наклонных отгибов поперечной арматуры с углом отгиба в пределах =(45±15)°; с требуемым шагом по длине каркаса, равным u=(l/3÷3/4)·h, здесь h – высота поперечного сечения железобетонного элемента, мм.

7. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что узкая сетка «зигзаг» выполнена с пересечением наклонных ветвей отгибов в поперечном сечении каркаса в форме «восьмерки», которые нанизаны или навиты на продольные стержни остова каркаса.

8. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что узкая сетка «зигзаг» выполнена с расположением в поперечном сечении каркаса стержней хомутов и отгибов поперечной арматуры в форме узкого овала, которые нанизаны или навиты на продольные стержни остова каркаса.

9. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что узкая сетка «зигзаг» выполнена в виде накладки на продольные стержни остова каркаса с прикреплением в местах соприкосновения продольной и поперечной арматуры.

10. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что узкая сетка «зигзаг» прикреплена в виде вставки, уложенной вплотную к продольным стержням остова каркаса, с применением в местах соприкосновения продольной и поперечной арматуры.

11. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что узкая сетка «зигзаг» выполнена цельной или составной в виде частей сетки, соединенных между собой по длине железобетонного элемента.

12. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что диаметры отгибов и расстояние между отгибами определены по расчету прочности железобетонного элемента на поперечную силу.

РИСУНКИ