CZ20031577A3 - Kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledem pro stavbu budov s širokým rozponem - Google Patents

Description

Kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledem pro stavbu budov s širokým rozponem

Oblast techniky

Vynález pojednává o stavbách a jejich konstrukcích, konkrétně o konstrukci střechy pro budovy. Dále bude popsán zde řešený technický problém. Dvojitě předpjaté, kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledovým stropem jsou rovinné prostory překlenující prefabrikované elementy pro konstrukci průmyslových budov s velkým rozponem, které řeší několik částečných technických problémů se záměrem dosáhnout následujícího: vytvořit plochý podhled v budovách se širokým rozponem, čímž by se eliminoval obecně neestetický pohled na konstrukci střechy z vnitřku budovy, eliminoval by se neužitečný prostor mezi šikmými střešními trámy, redukoval by se nepotřebný ohřívaný objem vnitřního prostoru a vytvořil by se přirozeně ventilovaný prostor mezi střechou a stropem, který by spořil tepelnou energii, vyřešil by bezpečnost práce ve výškách a urychlil by stavbu střešních konstrukcí se širokým rozponem za použití větších panelových, avšak relativně lehčích prvků

Řešení výše uvedených technických problémů je zaměřeno na řešení technických konstrukčních problémů, které by zajistily schopnost provedení, patřičné servisní charakteristiky a trvanlivost konstrukce zabráněním příliš velkých průhybů a šířky prasklin u tenkých podhledových betonových desek.

Použití obyčejné vyztužené betonové podhledové desky by redukovalo rozpon těchto štíhlých konstrukcí a způsobilo by, že by se v dlouhodobém měřítku staly provozní charakteristiky konstrukce nespolehlivými.

Příliš velké průhyby vyztužených betonových podhledových desek by se mohly snížit použitím pevnější horní konstrukce, nebo by mohly být kompenzovány opačným průhybem, ale to by byl jen neekonomický a nespolehlivý způsob redukování průhybu, přičemž by problém vzniku prasklin nebyl nevyřešen.

• ·

-2Vyztužené betonové podhledové panely, použité u širokých rozponů, trpí velkou hodnotou napětí, způsobujícího trhliny, jejichž pokračování v důsledku plastického tečení a zkracování betonu, přičemž velikost průhybu se zvětšuje interaktivně s nárůstem šířky prasklin. Počáteční praskliny v podhledové desce v důsledku kombinace velkých osových tahových si! a malého množství místních ohybových momentů, koncentrovaných v místech, kde je horní konstrukce připojena k podhledové desce, se v průběhu času zvětšují, místo toho, aby se objevovaly podél celé délky podhledového panelu, což by bylo pro chování vyztuženého betonu vhodnější.

Problém se proto zaměřuje na patřičný způsob vytvoření předpětí, který by byl spolehlivěji a trvanlivěji působil proti velkým průhybům a eliminoval by praskliny v betonu u podhledových desek s vysokým pnutím, kde takový způsob vytváří průhyb směrem vzhůru a přináší do betonové podhledové desky tlakové síly.

Tento problém nemůže být vyřešen obvyklými způsoby předpětí betonu, vzhledem ke specifičnosti těchto konstrukcí, u kterých středová předpínací síla aplikovaná na těžiště podhledové desky může vzhledem k malé excentricitě těžiště celého průřezu pouze ovlivnit praskliny v podhledové desce, avšak prakticky nemůže ovlivnit průhyby.

Obvyklé způsoby vytvoření předpětí přinášejí do paprskové nebo betonovotrámové konstrukce pod těžištěm průřezu betonu kompresní síly, které vzhledem ke specifické geometrii způsobují ohyb prvků směrem vzhůru a řeší současně problém průhybu i vzniku prasklin v betonu.

Specifická stropně-střešní plochá podhledová konstrukce však nemůže, vzhledem ke svému celkovému těžišti průřezu, umístěnému v zanedbatelně malé excentricitě od podhledové desky, předpjata obvyklými technikami vytvoření předpětí, které přinášejí do betonového těla kompresní síly, aby se současně získal protipohyb podhledové desky směrem vzhůru a uzavření prasklin.

• ·

-3Použitím takové předpínající síly v excentricitě pod těžištěm průřezu by vyžadovalo umístění těžiště předpínající výztuže pod rovinu podhledové desky, což by zničilo plochý podhled.

Aplikace středového předpětí, které by vložilo kompresní síly do těžiště podhledové desky by vzhledem k malé excentricitě ovlivnilo pouze praskliny, avšak neovlivnilo by vůbec průhyb. Dodatečný technický problém velkých rozponů je stabilizace horní štíhlé konstrukce proti bočnímu zborcení po celé jeho délce, které může způsobit jeho nestabilitu a zhrocení celé konstrukce.

Dosavadní stav techniky

Tento vynález se týká specifické kompozitní střecho-stropní konstrukce, přičemž podobné řešení není známé. Všechny výhody poskytnuté tímto vynálezem jsou umožněny díky řešení způsobu předpínání, které je aplikovatelné na široké rozpony, které jsou vhodné pro stavbu průmyslových budov.

Všechny běžné způsoby předpínání betonu jsou upraveny pro konkrétní specifika s upravenými tvary průřezů, přičemž vložením předpínající síly do spodní oblasti paprsků, trámů nebo desek, vzhledem ke kompresní síle, působící na excentricitu pod těžištěm problémového průřezu, se řeší současně problém průhybu i prasklin. Několik možností předpínání je zvlášť navžených pro konstrukci ocelových budov, kde několik elementů trámů je mechanicky nebo tepelně donuceno k zavedení předpínajícího účinku.

Výše popsané způsoby jsou dobře známy a jsou aplikovány na konstrukce z jednoho materiálu a upraveny na jejich konkrétní charakteristiky. Tyto konstrukce, vzhledem ke svým charakteristikám, které mají jako kompozita, vyrobené z betonových a ocelových částí, nemohou být porovnávány podle kritérií předpínajících účinků s obvyklými, přičemž, aby se vložila předpínající síla pod těžiště průřezu, je aplikováno několik technických řešení ve stejném smyslu.

·· · ·

-4Podstata vynálezu

Tento vynález popisuje konkrétní kompozitní střecho-stropní konstrukci s plochým podhledem pro stavbu průmyslových budov s širokým rozponem, mající několik výhod. Těmi jsou např. :

- přítomnost plochého podhledu u budov se širokým rozponem obecně eliminuje neestetický pohled na střešní konstrukci z vnitřku budovy, tyto konstrukce s výjimkou obecného použití u těžkého průmyslu a skladů, jsou vhodné pro lehký průmysl, obchody a podobné. Předem vyrobený podhled je konečný a nepotřebuje dodatečné práce na místě.

Eliminací neužitečného prostoru mezi šikmými střešními nosníky se redukuje zahřívaný objem interiéru a šetří se tepelná energie.

Přirozeně ventilovaná půda, které je jednoduše tepelně izolovaná, zlepšuje izolaci střechy, přičemž je umožněno, aby všechny instalace byly vedeny neviditelně mělkým půdním prostorem, se zajištěným přístupem pro údržbu, namísto toho, aby byly vedeny viditelně napříč stěnami a dalšími vnitřními částmi.

Bezpečnost práce ve výškách je v průběhu sestavování a zakrývání střechy zdokonalena, protože všechny práce jsou prováděny venku na plochém povrchu podhledových desek, přičemž je umožněna práce v přirozené stojící poloze.

Použití deskovitých velkopanelových prvků , pokrývajících velkou část střechy najednou, má několik výhod ve srovnání s mnoha konkrétními způsoby konstrukcí, používajícími primární a sekundární nosníky.

Aby bylo dosaženo výše popsaných výhod těchto konstrukcí na širokých rozponech, je problém zaměřen na konstrukční technické řešení jak zajistit možnost patřičného umístění, příslušné servisní charakteristiky a trvanlivost konstrukce. Problém je vyřešen dvojím předpětím v důsledku kombinace dvou nezávislých metod vytváření předpětí, přičemž jedna redukuje průhyb betonových podhledových • ·

-5desek konstrukce a druhá eliminuje nebo redukuje vznik prasklin v důsledku vysokého pnutí.

Přehled obrázků na výkresech

Pro lepší pochopení technického problému, řešeného tímto vynálezem je řešení popsáno na příkladech provedení, odkazujících se na připojené výkresy, na kterých:

obr. 1 popisuje na zjednodušeném modelu princip obvyklých způsobů vytvoření předpětí, kdy se vloží kompresní předpínající síla pod těžiště průřezu, a ukazuje vyvolané vnitřní síly, obr. 2 ukazuje na zjednodušeném modelu princip způsobu předpínání, kdy se kompresní předpínací síly vloží stlačením mimo horní konstrukci nad těžištěm průřezu, a ukazuje vyvolané vnitřní síly.

obr. 3 ukazuje zjednodušený model dodatečných středových předpětí v konstrukční podhledové desce a ukazuje vyvolané vnitřní síly, obr. 4 je boční odhled na reálný model, ukazující nezbytné, pro ilustraci způsobů předpínání a konstrukční části, obr. 5 znázorňuje průřez konstrukcí s jejími konstrukčními částmi, obr. 6 je detail rozpojené horní konstrukce, kde je aplikována předpínající síla a obr. 7 představuje zabezpečení horní konstrukce před zborcením.

Příklady provedení podle vynálezu

Na obr. 1 a obr. 2 zobrazen zjednodušený model, na kterém je porovnán způsob obyčejného předpnutí s předpnutím, aplikovaným na kompozitní plochou podhledovou střecho-stropní konstrukci.

Obvyklými způsoby předpnutí nosníků nebo trámů, jak je zobrazeno na obr. 1, se zavede kompresní síla Po pod těžiště T, a to ve excentricitě e, a to v zóně napnutí nebo mimo ní, tím, že se stlačí konce nosníku směrem k středu oblouku , přičemž se vytváří negativní ohybový moment M= e x Po, který způsobí prohnutí u_směrem

-6vzhůru. Takovýmto předpětím horní průhyb redukuje spodní průhyb aplikovaného vnějšího zatížení, přičemž současně aplikovaná kompresní síla Nt uzavírá trhliny v zóně pnutí nosníku.

Tento způsob není aplikovatelný na konkrétní kompozitní sířecho-stropní konstrukce, které obsahují široké podhledové desky s nízko položeným těžištěm celkového průřezu. Aplikací těžkých betonových podhledových desek na spodní část konstrukce s lehkou horní ocelovou částí vypadá nelogicky, protože ocel, která má často problémy še stabilitou, prochází vysokým stlačením a beton, který může nést pouze malou část pnutí, je vystaven značnému pnutí. Nicméně, tato volba je cena, která musí být zaplacena pro vytvoření plochého podhledu a jeho výhod. Vzhledem k takové volbě nesení zátěže bude toto předpnutí vyžadovat více nákladů, než obvyklé předpnutí betonu. Zavedení předpínající síly Po pod těžiště průřezu by vyžadovalo sestupné klesání předpínající výztuže pod podhledovou deskou, což by zničilo celý efekt plochého podhledu.

Princip předpínání podle tohoto vynálezu je zobrazen na obr. 2 a představuje svým způsobem opak obvyklých.

Efekt prohnutí e směrem vzhůru je dosažen stlačením horní konstrukce oddělené uprostřed, od středního oblouku směrem ke koncům, přičemž kompresní předpínací síla Po působí na excentricitě e přes těžiště T průřezu .

V obou porovnávaných způsobech byl dosažen negativní ohýbací moment, který vytváří horní průhyb u podhledové desky. Avšak protože obvyklým předpnutím se do podhledové desky zavede žádoucí kompresní síla Nt, v jiném případě stlačením horní konstrukce směrem k jejím koncům se zavede nežádoucí síla Nv a ta musí být redukována nebo eliminována dodatečným předpnutím, což je cena za dosažení plochého podhledu. Na obr. 3 je stejný model tohoto druhého, dodatečného, středového předpnutí, které zavede do podhledové desky kompresní sílu Ntl, kterou se eliminuje napětí, vzniklé v důsledku jak vnější zátěže, tak prvního předepnutí, jak je ukázáno na obr. 2. Druhé předepnutí nevytváří žádný ohybový moment, protože

- 7působí na zanedbatelné excentricitě od těžiště a neodpovídá průhybům získaným předchozím předepnutím.

Dvěma nezávislými kroky vytvoření předpnutí je tedy vyřešen technický problém ovládání tvorby prasklin a průhybů v konstrukci.

Na obr. 4 je reálný model, na kterém je ilustrováno provedení obou kroků předpnutí. Horní ocelová konstrukce obsahuje dvě symetrické, ve středu oblouku oddělené poloviny 2 a svislé spojovací prvky 3. V bodu zlomu oblouku je zmíněný detail se svislým klínem, kterým je horní konstrukce předepnuta a potom propojena. Obě poloviny horní konstrukce se nejprve umístí do formy 6 pro odlití podhledové desky 1.

Ocelové předpínající výztuže se předepnou ve formě 4 , přičemž byly před tím protaženy otvory 5 u konců tyčí 3_pro propojení ocelových částí_3_ s betonovou podhledovou deskou J., načež se podhledová deska 1 odlije z betonu. Po ztuhnutí betonu se předepnuté výztuže uvolní z formy 6 , takže je podhledová deska podrobena kompresní síle. Konstrukce je nyní předepnuta v prvním kroku.

Horní konstrukce 2 je nyní zahrnuta do betonové podhledové desky + Betonová podhledová deska 1 je nyní pod tlakovým pnutím, jak je zobrazeno na obr. 1, avšak podhledová deska 1 neprochází průhybem směrem vzhůru.

Nyní bude aplikováno dodatečné předpnutí a to principem ukázaným na obr. 2. U přerušení horní konstrukce 2 se umístí do propojovacích kanálků, obsažených v obou koncích oddělených částí, ocelový klín _7 a připraví se pohonné zařízení 8 , které vtlačí klín 7.

Vtlačení ocelového klínu 7 dovnitř detailu způsobí, že obě oddělené části horní konstrukce 2 stlačí konce podhledové desky 1, čímž do ní zavedou pnutí, avšak podhledová deska 1 je již podrobena předchozímu stlačení z prvního předepnutí.

·· ··

B · · 1

B · · ·

B · · 1 » · · ·· ·· ·· · · · ·

-8Tlaková síla vložená prvním předepnutím musí být takové velikosti, že po odečtení napětí vytvořeného druhým předepnutím stále zůstane dostatečná rezerva stlačení, přičemž po odečtení napětí vyvolaným vnější zátěží v podhledové desce, zůstane napětí pod povoleným limitem neboje eliminováno k nule.

Horní ocelová konstrukce 2 rozdělená symetricky v prostřední části oblouku na dvě stejné části se umístí do formy 6, kde se vytvoří betonová podhledová deska 1, přičemž stojí na svislých prvcích 3. Ocelové předpínající výztuže se předepnou ve formě 4 , přičemž se před tím protáhnou otvory v koncích tyčí 3 a potom se vytvoří betonová podhledová deska 1. Po vytvrdnutí betonu , urychleného parním procesem, se uvolní předpínající nosníky 4_ z formy 6. Tím se ukončí první krok předepnutí.

V přerušení ocelové konstrukce 2 se do připraveného detailu, čímž se uvolní koncentrace namáhání, umístí ocelový klín 7 a připraví se pohonné zařízení 8, které ocelový klín 7 vtlačí. Vtlačením klínu 7_ do detailu se obě oddělené části horní konstrukce 2 předepnou, přičemž se měřením ohybu podhledové desky 1 směrem vzhůru a měřením pohonné síly na manometru tlaku pohonného zařízení může řídit vkládaná síla. Z výsledku těchto měření se může spolehlivě spočítat vkládaná síla.

Dvojitě předepnutá kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledem je zamýšlena pro stavbu širokých průmyslových a dalších budov. Díky specifickému řešení má při srovnání s běžnými konstrukcemi řadu výhod, jakými jsou deskovité velké prvky, které řeší současně střechu i strop s dokončeným podhledem. Estetický podhled uzavírá neužitečný prostor mezi šikmými nosníky střechy a snižuje ohřívaný objem interiéru, což spoří tepelnou energii.

Vytvoří se přirozeně ventilovaný půdní prostor mezi stropem a střechou, který umožní, aby se v něm skrytě vedly všechny typy instalací, které tak nemusí být vedeny vnitřkem budovy, kde působí rušivě a navíc je to nákladnější.

Použitím velkých panelových prvků, které zakrývají velkou část střechy najednou má mnoho výhod ve srovnání s mnoha běžně používanými způsoby, které používají ·· ·«·« •4 4444 • 4

-9primární a sekundární nosníky. Estetický podhled uzavírá neužitečný prostor mezi šikmými střešními nosníky a redukuje zahřívaný objem interiéru, což šetří tepelnou energii.

Po sestavení podhledových desek je zajištěna bezpečnost práce ve výškách v průběhu stavby, přičemž tepelné izolace mohou být umístěny na širokou plochou rovinu, je umožněno pracovat v normální stojící poloze, aniž by bylo nutné přelézat nosníky. Protože střecho-stropní desky již obsahují konečný pohled je dosaženo nízkých nákladů takovýchto překlenovacích konstrukcí a dochází k úspoře materiálů. Popsaný způsob předpínání roztahováním je levný, panelové velké střecho-stropní konstrukce se rychle sestavují a pokrývají najednou velkou část střechy, přičemž poměr povrchu k objemu těchto prvků je vhodný pro rychlé tvrzení betonu parou, což umožňuje rychlou výrobu.

Díky výše popsaným výhodám plochého podhledu, na který může být umístěna volitelná hluboká tepelná izolace blízko u dutého přirozeně ventilovaného půdního prostoru, je možné použít tyto konstrukce pro budovy s čistými klimatizovanými interiéry, jaké jsou v lehkém průmyslu, velkých obchodech, sportovištích a podobných budovách.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledem pro stavbu budov s širokým rozponem, vyznačující se t í m, že obsahuje širokou a tenkou betonovou podhledovou desku (1) a dvoudílnou horní ocelovou konstrukci (2) šikmého nebo klenutého tvaru, připojenou k podhledové desce (1) vertikálními členy (3), která je středově předpnutá roztažením pomocí klínu (7), umístěnému ve středu oblouku, přičemž jsou oddělené ocelové Části spojeny.
2. 2. Kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledem podle nároku 1, vyznačující se tím, že podhledová deska (1) je spojena s ocelovou konstrukcí (2) včleněnými zabetonovanými svislými prvky (3), přičemž otvory (5) na spodních koncích prvků (3) jsou protaženy předpínající výztuže (4) pro držení výztužných svařených sítí v odstupu v průběhu betonování.
3. 3. Kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledem podle nároků 1, vyznačující se tím, že je předpnutá ve dvou samostatných krocích, přičemž je řízen průhyb betonové podhledové desky (1) pomocí předpínání horní konstrukce (2) a široké praskliny v betonové podhledové desce jsou ovládány středovým předpnutím.
4. 4. Kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledem podle nároku 1, vyznačující se tím, že horní nosník (2) je zajištěn před deformací postranními prvky (9), které jsou zakotveny v betonové podhledové desce (1).
5. 5. Kompozitní střecho-stropní konstrukce s plochým podhledem podle nároku 1, vyznačující se tím, že do konstrukce je vložena předpínající síla (Po) roztažením, podle obr. 2, působící přes těžiště (T) celkového průřezu kompozitní konstrukce na excentricitě (e).