CZ2008190A3

CZ2008190A3 - Stavební prvek pro spojování nosných a nesených stavebních konstrukcí a zpusob jejich stykování

Info

Publication number: CZ2008190A3
Application number: CZ20080190A
Authority: CZ
Inventors: Argay@Ivan
Original assignee: Sicon S.R.O.
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-07
Also published as: CZ306859B6

Abstract

Stavební prvek pro spojování nosných konstrukcí (1) a nesených konstrukcí (2) je tvoren blokem (3) z vyztuženého betonu, jehož výztužné prvky o pevnosti v tlaku a tahu nejméne 10 MPa tvorí nejméne dve s odstupem od sebe v podstate paralelne usporádané mrížky (4). Každá mrížka (4) vyplnuje po výšce bloku (3) celý jeho prurez, pricemž výztužné prvky sestávají z usmernených výztužných prutu. Osy jednotlivých prutu jsou orientovány tak, že svírají úhel (.alfa.) v rozmezí od 30 do 60.degree. od kolmice.

Description

Stavební prvek pro spojování nosných a nesených stavebních konstrukci a způsob jejich stykování.

Oblast techniky

Vynález se týká uspořádání stavebního prvku pro spojování nebo vyztužováni nosných a nesených stavebních konstrukcí a způsobu stykování nosných a nesených stavebních konstrukci, například sloupů nebo stěn s průvlaky, deskami nebo trámy.

Dosavadní stav techniky

Při spojování nosných a nesených stavebních prvků a konstrukci, například sloupů a průvlaků stěnových systémů, je vždy nutné zajistit přenos sil vzniklých od zatížení. Stykování sloupů s průvlaky nebo trámy, například u železobetonových konstrukcí a betonových konstrukcí s předpjatou výztuži, se obvykle provádí tak, že sloupy jsou opatřeny do nich zabudovanými vyčnívajícími nebo skrytými krakorci s tvarovou ocelí. Výroba těchto sloupů je složitá, protože vyčnívající krakorce vyžadují zvláště u silikátových konstrukci úpravu formovacích zařízení. Tradiční železobetonové krakorce vyžadují poměrně velké smykové plochy, které omezují smyková napětí.

U vyčnívajících krakorců je nevýhodné, že vždy zabírají určitý prostor, např, fasády, vnitrní dispozice apod. U skrytých konzol je zase zvýšená spotřeba oceli. Spojováni nosných a nesených stavebních konstrukcí je popsáno například v USA patentových spisech č. 2163446, 4951438, 5161340, 5218802, 6679017, 7010891, 7178305 a 7213376. Cílem tohoto vynálezu je takové řešeni stykováni betonových stavebních prvků, které při výrobě těchto prvků eliminuje krakorce vyčnívající vně z jejich obrysu.

Podstata vynálezu

Vynález se týká uspořádání stavebního prvku pro spojování nebo vyztužováni stavebních konstrukcí, zejména styků nosných a nesených konstrukcí. Podstata vynálezu spočívá v tom, že stavební prvek je tvořen blokem z vyztuženého betonu, jehož výztužné prvky tvoří nejméně dvě s odstupem od sebe v podstatě paralelně uspořádané mřížky, kde každá mřížka vyplňuje po výšce bloku v podstatě celý jeho průřez, přičemž výztužné prvky mřížek sestávají z usměrněných výztužných prutů, • · • ♦« • * • ♦ · · · · · · · · • · uspořádaných tak, že osy jednotlivých prutů jsou orientovány tak, že jejich osnovy svírají úhel a v rozmezí od 30 do 60° od kolmice.

Výztužné prvky mohou být tvořeny ocelovými dráty z rozpleteného předpínacího lana nebo z kevlarových vláken nebo lan, uspořádaných do mřížky tak, že jejich osnovy svírají úhel v rozmezí od 30 do 60° od kolmice, kde každá mřížka je připevněna k ocelovému třmínku tak, že její konce přečnívají obvod odpovídajícího třmínku. Mřížky výztužných prvků mohou být po obvodě jednotlivě připevněny k příčným drátům výztuže.

Předložený vynález umožňuje výrobu svislých i vodorovných stavebních prvků a konstrukcí v průběžných formovacích zařízeních s vyloučením úprav těchto formovacích zařízení. Představuje to značné zjednodušení jejich výroby. Jeho výhodami jsou především jednoduchost a snížené náklady, spolehlivost a vysoká variabilita použití. Stavební prvek podle tohoto vynálezu muže být využíván jako samostatný prvek, který lze vyrábět samostatně, případně může být součástí stavební konstrukce a předem zabudován v jejích prvcích. Jednou z výhod navrženého řešení je, že stavební prvek podle tohoto vynálezu ve spojení s okolní stavební konstrukci vzdoruje kromě smyku a ohybovému momentu i momentu v kroucení.

Předmětem tohoto vynálezu je použiti uvedeného stavebního prvku pro vytvoření krakorce při výrobě prefabrikovaných nebo monolitických nosných stavebních prvků. Dalším předmětem vynálezu je použití uvedeného stavebního prvku pro zvýšení lokální únosnosti v místech soustředěného zatíženi stavební konstrukce, například v místech kotveni sloupů a strojů.

Dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob stykování nosných a nesených stavebních konstrukci, kdy výše uvedený stavební prvek, tvořený blokem z vyztuženého betonu, se zasouvá do proti sobě situovaných vybrání ve spojovaných částech konstrukcí a po zasunutí se s nimi pevně spojí. Spojení bloku z vyztuženého betonu se spojovanými částmi konstrukcí se provádí zálivkou betonové malty do mezery mezi nimi. Pro zvýšeni tuhosti styčníku se nesená stavební konstrukce ve své koncové oblasti nad vybráním pro zasunutí bloku * · · · · · «** · «·· · < · • · ........

β ··»*··· · * · · * * · · z vyztuženého betonu muže opatřit otvorem, propojujícím vybrání s její horní plochou, do kterého se vloží alespoň jeden ocelový trn a pak se do tohoto otvoru aplikuje zálivka betonové malty.

Přehled obrázků na výkresech

Pro větší názornost je konkrétní provedení několika příkladů provedení tohoto vynálezu vyobrazeno na připojených výkresech a podrobněji popsáno v následujícím popisu. Na obr. 1a je v bočním pohledu schematicky zobrazen příklad běžného použiti styčníku stoupu s průvlakem se stavebním prvkem podle tohoto vynálezu , na obr.lbje v půdorysném pohledu. Na obr. 2a je v bočním pohledu přiklad neortogonálního napojení průvlaků k nosné podpěrné konstrukci, s možností napojeni do více stran, na obr. 2b je tato sestava v půdorysném pohledu. Na obr.3a je boční pohled na styčník se šikmým osazením průvlaků na stoup, na obr.3b je v půdorysném pohledu. Na obr.4a je v bočním pohledu znázorněna stavební konstrukce se styčníkem průvlaků a kruhového sloupu a průvlaků s nosnou stěnou, na obr.4b je v půdorysném pohledu. Na obr.Sa je v bočním pohledu příklad geometrie výztuže stavebního prvku pro styk nosných a nesených konstrukcí, na obr.Sb je v půdorysném pohledu. Na obr.6 je v bočním pohledu a v pohledu ve směru A-A zobrazen příklad napojeni podlahy na stěnu stavební konstrukce, například stěnu výtahové šachty. Na obr.7 je další příklad stavebního prvku podle tohoto vynálezu, který je vytvořen ve tvaru hvězdice a slouží jako podpěrný blok v hlavici sloupu. Na obr.8 je znázorněn příklad uložení předem předpjatého vazníku na nosné stavební konstrukci prostřednictvím stavebního prvku podle tohoto vynálezu. Na obr.9 až 12 jsou fotografie z průběhu zkoušek předmětu tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Stavební prvek pro spojování nebo vyztužováni stavebních konstrukcí, zejména styků nosných konstrukcí 1 a nesených konstrukcí 2, je tvořen blokem 3 z vyztuženého betonu, jehož výztužné prvky tvoři několik s odstupem od sebe v podstatě paralelné uspořádaných mřížek 4 , kde každá mřížka 4 vyplňuje po výšce btoku 3 v podstatě celý jeho průřez (obr.5). Výztužné prvky sestávají z usměrněných výztužných prutů s pevnosti v tahu a tlaku nejméně 10 MPa, uspořádaných tak, že osy jednotlivých prutů jsou orientovány tak, že jejich osnovy svírají úhel q v rozmezí od 30 do 60° od kolmice. Výztužné prvky zahrnují ocelové dráty z rozpleteného předpínaciho lana, případně zahrnují keviarová vlákna nebo lana. Každá mřížka 4 je připevněna k ocelovému třmínku 5 tak, že její konce přečnívají obvod odpovídajícího třmínku 5. Blok 3 je tak vytvořen jako kompozit s usměrněnou výztuží. Mřížky 4 výztužných prvků jsou z výrobních důvodů po obvodě jednotlivě připevněny k příčným ocelovým drátům 6 výztuže a vytvářejí tak prostorovou výztuž.

Blok 3 z vyztuženého betonu může být samostatným výrobkem, případně může být součástí stavební konstrukce a předem zabudován v jejich prvcích, například sloupech. Lze tak například vytvářet krakorce při výrobě prefabrikovaných nebo monolitických nosných stavebních prvků. Při výrobě prefabrikovaných prvků to umožňuje výrobu svislých i vodorovných stavebních prvků a konstrukcí v průběžných formovacích zařízeních s vyloučením úprav těchto formovacích zařízení. Výsledkem je značné zjednodušení jejich výroby, snížené výrobní náklady, zvýšená spolehlivost celého stavebního prvku a vysoká variabilita použití.

V případech monolitických částí stavební konstrukce, v místech, kde je nutné pouze zvětšit pevnost základního materiálu, se do konstrukce vkládá blok 3 z vyztuženého betonu. V případech, kdy je stavební konstrukce kombinovaná, s využitím předem vyrobených prvků, lze využit blok 3 z vyztuženého betonu, který se vyrobí samostatně. Blok 3 se při montáži vloží do podpůrných resp. nosných konstrukčních částí (do nosné konstrukce 1_) a nesená konstrukce 2, to je např. průvlaky, desky, podlaha apod.) se uloží na vlastní blok 3. Tvary a velikosti vybrání 7 pro vložení bloku 3 ve spojovaných částech konstrukci jsou provedeny s dostatečnými tolerancemi tak, aby bylo možné eliminovat výrobní tolerance spojovaných částí. Po ustavení bloku 3 do požadované polohy se mezery ve vybráních 7 mezi blokem 3 a stavební konstrukci zalijí vhodnou zálivkou, zpravidla na bázi cementů. Tuto část montáže je vhodné provádět v době, kdy podpůrné konstrukční části (budoucí nosné konstrukce 1_) jsou ve vodorovné poloze. Pro zvýšení tuhosti slyčniku se nesená stavební konstrukce 2 ve své koncové oblasti nad vybráním 7 pro zasunutí bloku 3 opatři otvorem 8, propojujícím vybráni Z_^s í^eJ· horní plochou, do kterého se vloží alespoň jeden ocelový trn 9 a pak se do tohoto otvoru 8 aplikuje zálivka betonové malty. Trn 9, nebo u mohutnějších rozměrů styčniku i více trnů 9, může být v bloku 3 « · t « I * ti ·*·····* · · ·· ·· ·» osazen již při jeho výrobě, anebo se podle potřeby vynechají v bloku 3 i v nesené konstrukci 2 vhodné otvory pro dodatečné zasunutí trnů 9.

Velikost a tvar bloku 3 jsou voleny v závislosti na jeho použití. Materiály konstrukčních Částí (nosných konstrukcí 1, nesených konstrukcí 2) a bloků 3 nejsou limitovány, lze kombinovat různé druhy materiálů konstrukce a materiály bloků 3. Například lze pro bloky 3 použít materiály s vysokými pevnostmi, zahrnující kevralovou výztuž, vysokopevnostní betony a jiné hmoty, které vyhovují vzájemnou soudržností. Na obr.1 až 7 jsou znázorněny některé typické příklady použití bloku 3 pro spojování nosných konstrukcí 1 a nesených konstrukci 2, zahrnující vytvořeni styčníku sloupu s průvlakem (obr.1), neortogonální napojení průvlaku k nosné podpěrné konstrukci, s možností napojení do více stran (obr.2), vytvoření styčníku se šikmým osazením průvlaku na sloup (obr.3). Na obr.4 je zase příklad stavební konstrukce se styčníkem průvlaku a kruhového sloupu a dále průvlaků s nosnou stěnou. Na obr.6 je znázorněn příklad napojeni podlahy na stěnu stavební konstrukce, například stěnu výtahové šachty, na obr. 7 je blok 3 podle tohoto vynálezu vytvořen ve tvaru hvězdice a slouží jako podpěrný blok v hlavici sloupu. Na obr.8 je znázorněn příklad uloženi předem předpjatého vazníku na nosné stavební konstrukci prostřednictvím bloku 3 podle tohoto vynálezu.

Blok 3 je v těchto příkladech vyztužen ocelovými dráty z rozpletených předpínacích lan. V uvedených příkladech jsou použity rozpletené dráty z předpínacích lan LSA o průměru 15,5 mm, např. ze zbytků při výrobě předem předpjatých prefabrikátů. Vhodné jsou dráty průměru 5 mm.

Blok 3 může být rovněž využíván pro vyztužováni základního materiálu i v přiléhajících konstrukčních částech stavební konstrukce, všude tam, kde je zvýšené napětí. Základní materiál se tak doplní výztužnými pruty, které jsou usměrněny tak, aby jejich osy byly s dostatečnou přesností směrovány ve směru hlavních napětí. Velikost a tvar bloku 3, počet výztužných prvků v mřížce 4 a jejich přesná orientace (úhel překříženi), jejich profil a materiál, jsou určovány statickým výpočtem pro konkrétní způsob jeho použiti a namáhání. Pro lepši ukotveni výztužných prvků v materiálu bloku 3 mohou mít výztužné prvky mřížek 4 zdrsněný povrch, případně povrch s výstupky nebo vtisky (obdobně jako u oceli R 505). Jejich konce mohou být • «·

-6rovněž pro lepší ukotveni tvarově upraveny. Podle statického výpočtu je rovněž volena i kvalita základního materiálu bioku 3 a zálivkové směsi pro vyplnění mezer mezi blokem 3 a stavební konstrukci, do které je blok 3 vkládán.

Způsob stykováni nosných a nesených stavebních konstrukci podle tohoto vynálezu byl ověřován pilotními zkouškami v Kloknerově ústavu Českého vysokého učení technického v Praze. Zkoušky byly prováděny s prefabrikovaným trámkem o rozměrech 250 x 300 x 960 mm a dvěma sloupky resp. podporami s rozměry 300 x 300 x 600 mm. Prefabrikáty byly vyrobeny z betonu C40/50 a vyztuženy ocelí R 10 505. Sloupky byly vyztuženy rozdílně, jeden sloupek s konvenční sloupovou výztuží a druhý sloupek se zabetonovaným přídavným blokem 3 pod kapsou. Čepy ve sloupech byly zhotoveny z cementové malty, vyztužené soustavou trnů z nastříhaných patentovaných drátů. Na tyto čepy se osadil trámek a spoj byl zalit zálivkovou hmotou. Sloupky byly ve spodní části staženy třmeny z oceli o průměru 18 mm. Sestava trámku a sloupků byla osazena ve zkušebním hydraulickém stroji WPM 6000 kN s pracovním rozsahem do 600 kN. Viastní zatěžovací zkouška se prováděla plynulým pomalým zatěžováním trámku dvojicí sil se vzájemnou vzdáleností 300 mm až do porušeni. Styk byl namáhán jak posouvající silou, tak částečně i ohybovým momentem.

Při první zkoušce byly zabetonovány čepy (bloky 3) s velmi nízkou přesně nespecifikovanou pevností betonu (odhadem 7 až 10 MPa). Vodorovný trámek byl osazen tak, že vzdálenost od líce sloupu na obou stranách byla cca 20 mm. Průběh zkoušky byl prováděn zatěžováním s rychlosti nárůstu přibližně 0,3 kN/s, až do porušení. Při zkoušce došlo k počátku porušení čepu při hodnotě působící síly 70 kN, maximální dosažená sila byla 119 kN.

Při druhé zkoušce byly zabetonovány čepy (bloky 3) zhotovené z jemnozrnného betonu s pevností 50,5 MPa, stanovenou na krychlích o hraně 100 mm. Zálivková hmota pro zalití čepů dosáhla pevnosti 42,4 MPa na krychli o hraně 100 mm. Vodorovný trámek byl osazen tak, že vzdálenost od líce sloupu na obou stranách byla 3 až 5 mm. Průběh zkoušky byl prováděn zatěžováním s rychlostí nárůstu sily přibližně 0,3 kN/s, až do porušení. Při zkoušce došlo k počátku porušení čepů při hodnotě působící síly 282 kN, při síle 335 kN došlo k drcení betonu, při sile 470 kN • · k ♦ ·

•

-7nastalo porušeni pravého sloupku a zhlaví levé strany trámku. Zkouška byla přerušena při sile 517 kN. Průběh této zkoušky je zobrazen na fotografiích, označených jako obr.9 až 12.

Průmyslová využitelnost

Stavební prvek podle tohoto vynálezu je využitelný pro spojování nebo vyztužování stavebních konstrukcí, zejména pro stykování nosných a nesených stavebních konstrukci, například sloupů nebo stěn s průvlaky, deskami nebo trámy. Stavební prvek podle tohoto vynálezu může být takto využit pro vytvořeni krakorce při výrobě prefabrikovaných nebo monolitických nosných stavebních prvků. Výrazně zvyšuje především smykovou pevnost styčníku, což umožňuje minimalizovat rozměry takto namáhaných styčníků oproti současnému stavu. Je využitelný rovněž pro zvýšeni lokální únosnosti v místech soustředěného zatíženi stavebních konstrukcí, například pod ložisky strojů, v kotveni sloupů apod., kde umožňuje zvýšení lokální únosnosti konstrukce.

Seznam vztahových značek

... nosná konstrukce

... nesená konstrukce

... blok z vyztuženého betonu

... mřížka

... ocelový třmínek

... příčné dráty výztuže

... vybráni v nosné konstrukci 1 a nesené konstrukci 2

... otvor pro zálivku

... ocelový tm

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Stavební prvek pro spojování nosných konstrukci (1) a nesených konstrukcí (2), vyznačující se tím, že je tvořen blokem (3) z vyztuženého betonu, jehož výztužné prvky o pevnosti v tlaku a tahu nejméně 10MPa tvoři nejméně dvě s odstupem od sebe v podstatě paralelně uspořádané mřížky (4), kde každá mřížka (4) vyplňuje po výšce bloku (3) v podstatě celý jeho průřez, přičemž výztužné prvky sestávají z usměrněných výztužných prutů, uspořádaných tak, že osy jednotlivých prutů jsou orientovány tak, že jejich osnovy svírají úhel (a) v rozmezí od 30 do 60° od kolmice.
2. Stavební prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že výztužné prvky zahrnuji ocelové dráty z rozpleteného předpínacího lana, uspořádané do mřížky (4), kde každá mřížka (4) je připevněna k ocelovému třmínku (5) tak, že její konce přečnívají obvod odpovídajícího třmínku (5).
3. Stavební prvek podie nároku 1, vyznačující se tím, že výztužné prvky zahrnují kevlarová vlákna nebo lana, uspořádané do mřížky (4), kde každá mřížka (4) je připevněna k třmínku (5) tak, že její konce přečnívají obvod odpovídajícího třmínku (5).
4. Stavební prvek podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že mřížky (4) výztužných prvků jsou po obvodě jednotlivě připevněny k příčným drátům (6) výztuže.
5. Použití stavebního prvku podie některého z nároků 1 až 4 pro vytvoření krakorce při výrobě prefabrikovaných nebo monolitických nosných stavebních prvků.
6. Použití stavebního prvku podle některého z nároků 1 až 4 pro zvýšeni lokální únosnosti v místech soustředěného zatížení stavební konstrukce, například v místech kotveni sloupů a strojů.
7. Způsob stykování nosných a nesených stavebních konstrukcí, vyznačující se tím, že blok (3) z vyztuženého betonu podle některého z nároků 1 až 4 se zasouvá do proti sobě situovaných vybráni (7) ve spojovaných částech konstrukci (1,2) a po zasunutí se s nimi pevně spojí
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tim, že spojeni bloku (3) z vyztuženého betonu se spojovanými částmi konstrukcí (1,2) se provádí zálivkou betonové malty do mezery mezi nimi.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tim, že pro zvýšeni tuhosti styčníku se nesená stavební konstrukce (2) ve své koncové oblasti nad vybráním (7) pro zasunutí bloku (3) z vyztuženého betonu opatří otvorem (8), propojujícím vybrání s její horní plochou, do kterého se vloží alespoň jeden ocelový trn (9) a pak se do tohoto otvoru aplikuje zálivka betonové malty.