CZ36560U1 - Zesílená podpůrná sloupová konstrukce s příčnou nosnou konzolou - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zesílené podpůrné sloupové konstrukce s příčnou nosnou konzolou pro další využití konstrukce.

Dosavadní stav techniky

U železobetonových sloupů je pro jejich návrh limitní stabilitní kritérium, které je dáno takzvanou limitní štíhlostí, stanovenou návrhovými normami pro navrhování železobetonových konstrukcí. Z těchto kritérií plyne, že sloupy jsou poměrně robustní a nejsou zdaleka pevnostně využity. Tím je vytvořen prostor pro přitížení sloupů svislou silou s malým vyložením od sloupu. Pro přitížení silově nevyužitého sloupu by byla vhodná nová konzola pevně navázaná na sloup. Tu by bylo možno využít k vnesení nového zatížení například od nového nosníku jeřábové dráhy, vestavbě nového podlaží, či u štítového sloupu pro uložení vazníku nové přilehlé haly.

Základní stavební postupy pro železobetonové monolitické konstrukce v ČR byly vyvinuty začátkem minulého století. V té době byla stanovena základní kritéria pro navrhování a provádění železobetonových konstrukcí. Použití předpínání železobetonu bylo vynalezeno ve 20. letech minulého století francouzským vynálezcem Eugenem Freyssinetim a přes Německo se poměrně rychle dostalo k nám. V šedesátých letech minulého století nastal u nás velký rozmach prefabrikace s ústupem od provádění betonových konstrukcí na stavbě s jejich předvýrobou. Prefabrikace a následná montáž již vyrobených dílů převládla v následujících letech. Po roce 1990 se situace převrátila ve prospěch monolitických konstrukcí umožňující větší variabilitu. Nejednalo se o převratné technické postupy, ale pouze o dílčí návrat dříve zavedeného postupu. Nová doba však přinesla dostupnost nových kvalitních materiálů, a to zejména v oblasti předepnutého betonu. Vývoj ve stavebnictví se pohyboval hlavně v oblasti výpočtových metod od stupňů bezpečnosti, mezních stavů až po současné harmonizované ČSN EN.

Za celé popsané období nepřineslo stavebnictví žádné nové metody v kombinování již hotových konstrukcí, a to jak monolitických, tak i prefabrikovaných s novými stavebními prvky.

Cílem technického řešení je představit zesílenou podpůrnou sloupovou konstrukci s dodatečně připnutou příčnou nosnou konzolou, která by využila obecné pevnostní rezervy sloupů k vnesení dalšího zatížení při dalším využití konstrukce.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zesílená podpůrná sloupová konstrukce s příčnou nosnou konzolou podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sloup je opatřen alespoň jedním horním podélným průchozím otvorem a alespoň jedním dolním podélným průchozím otvorem uspořádaným pod ním pro uložení předpínacích závitových tyčí a kolmo na sloup je na stěně sloupu uspořádaná přilehlá konzola, která je opatřena alespoň jedním horním podélným průchozím otvorem a alespoň jedním dolním podélným průchozím otvorem uspořádaným pod ním, přičemž otvory ve smontovaném stavu navazují na otvory ve sloupu, přičemž předpínací závitové tyče jsou předepnuté a jsou na obou koncích opatřeny podložkami a sférickými maticemi, přičemž konzola je na své spodní vnitřní hraně opatřena tvarovým výstupkem, který tvarově odpovídá stabilizačnímu zářezu, provedenému ve stěně sloupu, která je v kontaktu s konzolou.

Ve výhodném provedení má konzola tvar kvádru.

- 1 CZ 36560 U1

V dalším výhodném provedení je konzola ve spodní části opatřena zešikmením, přičemž podložka na krajní části tyče, která vystupuje v oblasti zešikmení, je provedená rovněž jako zešikmená tak, že svou horní plochou tvarově dosedá na zešikmení konzoly.

V dalším výhodném provedení je stěna sloupu v místě přiložení konzoly opatřena pemrlováním.

V dalším výhodném provedení jsou tyče uspořádány nad sebou ve vertikální rovině.

V jiném výhodném provedení jsou dvě tyče uspořádány vedle sebe v horní části výšky konzoly a jedna tyč je uspořádána ve spodní části výšky konzoly a symetricky vůči nim.

V jiném výhodném provedení jsou tři tyče uspořádány vedle sebe v horní části výšky konzoly a dvě tyče jsou uspořádány v dolní části výšky konzoly a symetricky vůči nim.

V jiném výhodném provedení je konzola provedena jako tvarovaný a ve spodní části otevřený ocelový svařenec, provedený jako příhradovina, kdy hlavní nosné výztuže jsou tvořeny vodorovným táhlem a šikmou vzpěrou z důvodu stability a uvnitř opatřen alespoň dvěma pod sebou uspořádanými průchozími otvory pro předpínací závitové tyče.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje perspektivní pohled na zesílenou podpůrnou sloupovou konstrukci s příčnou nosnou konzolou v rozloženém stavu podle technického řešení, obr. 2 představuje perspektivní pohled na sloupovou konstrukci z obr. 1 ve smontovaném stavu, a obr. 3 je pohled zboku na sloupovou konstrukci z obr. 1 v prvním provedení, obr. 4 je pohled zboku na sloupovou konstrukci z obr. 3 v druhém provedení, obr. 5 znázorňuje čelní pohled na rozmístění předpínacích tyčí, obr. 6 schematicky znázorňuje možnosti umístění konzol na sloup, obr. 7 znázorňuje perspektivní pohled na konzolu v provedení ocelového svařence, obr. 8 znázorňuje boční pohled na konzolu z obr. 7 a obr. 9 znázorňuje pohled dovnitř konzoly z obr. 7.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je perspektivní pohled na zesílenou podpůrnou sloupovou konstrukci 1 s příčnou nosnou konzolou 4 v rozloženém stavu podle technického řešení. Je zde vidět původní monolitický nebo prefabrikovaný železobetonový sloup 11 tvaru kvádru, který je v tomto provedení opatřen horním podélným průchozím otvorem 12 a pod ním uspořádaným spodním podélným průchozím otvorem 12' pro uložení předpínacích závitových tyčí 3. Kolmo na sloup 11 je uspořádaná přilehlá železobetonová prefabrikovaná konzola 4 obdélníkového průřezu umístěná v požadované výši.

Konzola 4 je rovněž opatřena jedním horním průchozím podélným otvorem 13 a pod ním uspořádaným spodním průchozím podélným otvorem 13'. Při dolehnutí konzoly 4 při montáži na svislou stěnu 2 sloupu 11 jsou tyto průchozí otvory 13, 13' v konzole 4 souosé s otvory 12, 12' ve sloupu 11 a jsou jejich pokračováním.

Vlastní železobetonová nová konzola 4 je prostorově vyarmována, a to z důvodu roznesení tlakových sil na celou dosedací plochu konzoly 4 na sloup 11. V druhém směru je armovací výztuž dimenzována na případné zachycení příčných sil. Konzola 4 je vyrobena jako betonový prefabrikát do ocelové rozebíratelné formy s osazenými otvory 13 pro předpínací závitové tyče 3. Horní plochu konzoly 4 lze osadit kotevními prvky pro navazující konstrukce, např. prvky pojezdové dráhy jeřábu. Otvory 13, 13' provedené v prefabrikátu konzoly 4 jsou pomocí šablony přeneseny na sloup 11 a tam přesně vyvrtány otvory 12, 12' pomocí jádrového vrtání. Tvar a rozměry nové prefabrikované konzoly 4 se liší dle požadavků na jejich vyložení, ale také požadovanou únosností.

- 2 CZ 36560 U1

Konzola 4 je na své spodní hraně, která přiléhá ke sloupu 11 opatřena tvarovým výstupkem 10, v tomto případě trojúhelníkového tvaru, který po montáži zapadá do tvarově odpovídajícího stabilizačního zářezu 9 provedené přiléhající stěně sloupu 2. Tvarový výstupek 10 a odpovídající stabilizační zářez 9 je zobrazen v detailech na obr. 1. Stabilizační zářez 9 je proveden tak, aby zůstala zachována stávající výztuž 5 sloupu 11.

Stěna 2 je v místě styku sloupu 11 a konzoly 4 před montáží upravena jemným pemrlováním pro zvýšení koeficientu tření, kterým je narušena horní zkarbonatovaná vrstva betonu. Případné nerovnosti na povrchu betonu jsou před pemrlováním zbroušeny diamantovým kotoučem.

Přes otvory 12, 12' a 13, 13' procházejí závitové tyče 3 z oceli Y 1050. Tyto závitové tyče 3 délkově přečnívají na vnějším čele sloupu 11 a jsou tam opatřeny podložkami 6 pod sférické matice 7, přičemž podložky 6 jsou provedeny jako v tomto provedení čtvercové kotevní desky. Závitové tyče 3 podobně přečnívají i na vnějším čele konzoly 4 a zde jsou rovněž opatřeny podložkami 6' pod sférické matice 7' s vybráním pro injektáž.

S ohledem na krátkou délku předpínacích tyčí 3 je nutno technologickým postupem předpínání omezit ztrátu pokluzem na max. 15 %. Termínem pokluz se rozumí řízené dotvarování předpínaných prvků po uvolnění hydraulického předpínacího zařízení 8. Toto předpínací zařízení 8 s hydraulickým dutým válcem a tenzometrem, které není součástí smontované zesílené podpůrné sloupové konstrukce 1 je také znázorněno na obr. 1 společně s utahovacím klíčem 15.

Na obr. 2 je perspektivní pohled na sloupovou konstrukci 1 z obr. 1 ve smontovaném stavu. Je zde vidět, že na vnitřní stěnu 2 sloupu 11 doléhá železobetonová prefabrikovaná konzola 4. Přes otvory 12, 12' ve sloupu 11 a otvory 13, 13' v konzole 4 jsou vedeny předepnuté závitové tyče 3, které jsou jak na vnějším čele sloupu 11, tak na vnějším čele konzoly 4 opatřeny podložkami 6 resp. 6' a jsou utaženy sférickými maticemi 7 resp. 7'.

Pro plnohodnotné dodatečné připojení nové železobetonové konzoly 4, mající stejné vlastnosti, jako kdyby byla vyrobena jako jeden kus se sloupem 11, je využito tření dvou betonových prvků 11, 4. Třecí síla je vytvořena pomocí předpínacích tyčí 3, které po předepnutí a zakotvení pomocí podložek 6, 6' a matic 7, 7'zajistí kompaktní spojení původního sloupu 11 a nové konzoly 4.

Při použití sférických matic 7' s vybráním pro injektování lze tyče 3 ve vyvrtaných a předvyrobených otvorech 12, 12', 13 a 13' zainjektovat zálivkovou hmotou a vytvořit tak předpínací prvky s dodatečnou částečnou soudržností a zajistit tak dostatečnou protikorozní ochranu a zvýšenou trvanlivost spoje konzoly 4 a sloupu 11.

Na obr. 3 je pohled zboku na sloupovou konstrukci 1 z obr. 2 ve smontovaném stavu v prvním provedení. Železobetonová konzola 4 má v tomto provedení tvar kvádru. Jedná se o základní ekonomicky nejvýhodnější tvar konzoly 4, kdy podložky 6' jsou rovné a mají konstantní výšku.

Na obr. 4 je pohled zboku na sloupovou konstrukci 1 v druhém provedení, kdy je konzola 4 v spodní části opatřena vnějším zešikmením 16. Vždy musí být konstrukčně zachována spojnice zatížení mezi působištěm síly a oblastí je tvarový výstupek 10 a odpovídající stabilizační zářez 9. Podložka 6' je provedená rovněž jako zešikmená, má proměnlivou výšku a je uzpůsobena tak, aby jednou svou horní plochou tvarově dosedala na spodní zešikmení 16 konzoly 4, přičemž její vnější plocha je svislá a uzpůsobená k uložení sférické matice 7'.

Obr. 5 znázorňuje čelní pohled na možné varianty rozmístění předpínacích tyčí 3 v konzole 4. Varianta a) zobrazuje, že konzola 4 může být ke stávajícímu sloupu 11 připojena v základním provedení pomocí dvojice předpínacích tyčí 3 umístěných nad sebou, jako tomu bylo v provedeních na obr. 1 až 4. Varianta b) zobrazuje, že konzola 4 může být ke sloupu 11 připojena také dvěma paralelními tyčemi 3 v horní části výšky konzoly 4 a jednou tyčí 3 ve spodní části výšky konzoly 4. Varianta c) zobrazuje, že mohou být až tři paralelní tyče 3 v horní části výšky

- 3 CZ 36560 U1 konzoly 4 a dvě v dolní části výšky konzoly 4. Je zřejmé, že spodní tyče 3 mohou být opatřeny tvarovými podložkami 6' u zešikmené konzoly 4, jak je tomu na obr. 4. Na únosnost konzoly 4 má také vliv její výška. Proto je konzola 4 výškově upravena dle požadavků na nosnost. Počet tyčí 3, jejich dimenze a rozmístění, tvar konzoly 4 a její výška, jsou přizpůsobovány konkrétní situaci dle požadavků na konkrétní únosnost, a to na základě statického výpočtu. Další limitním prvkem pro návrh konzoly 4 je únosnost stávajícího sloupu 11, jeho vyztužení a pevnost betonu.

Obr. 6 schematicky znázorňuje možnosti umístění konzol 4 na sloup 11. Varianta a) zobrazuje novou konzolu 4 tvaru kvádru umístěnou na sloup 11 pouze z jedné strany. Varianta b) zobrazuje dvě nové konzoly 4 tvaru kvádru umístěné na sloup 11 tak, že každá konzola 4 je uspořádaná z jedné strany a konzoly 4 jsou výškově proti sobě. Varianta c) zobrazuje konzoly 4 tvaru kvádru umístěné na sloupu 11 tak, že každá je uspořádaná z jedné strany, ale každá konzola 4 je v jiné výšce. Varianta d) znázorňuje konzolu 4 se spodním zešikmením 16 připojenou na sloup.

Obr. 7 znázorňuje variantu konzoly 4 v provedení ocelového svařence připojeného ke sloupu 11. Je zde dobře vidět prostorový tvar konzoly 4, která je provedena jako tvarovaný a ve spodní části otevřený svařenec osazený na bocích výztužemi 14, které jsou vodorovné a diagonální. Rovněž tato konzola je uzpůsobena pro průchod předpínacích tyčí 3 nahoře a dole, přičemž spodní tyč 3 je kratší. Také je zde vidět trojúhelníkový tvarový výstupek 10 v dolní části konzoly 4. Tato konzola 4 je vhodná jen pro menší zátěže.

Obr. 8 znázorňuje variantu konzoly 4 z obr. 7 v bočním pohledu. Je zde dobře vidět boční výztuž 14 i tvarový výstupek 10 na boku. Výztuže 14 jsou hlavní nosné prvky tvořené vodorovným táhlem a šikmou vzpěrou, a jsou přítomné z důvodu stability.

Na obr. 9 je znázorněna konzola 4 z ocelového svařence v pohledu dovnitř. Konzola 4 je na vnitřních částech opatřena alespoň dvěma pod sebou uspořádanými průchozími otvory 13 pro předpínací závitové tyče 3.

Při vytvoření zesílené podpůrné sloupové konstrukce se postupuje následujícím způsobem:

- po vytvoření prefabrikované železobetonové konzoly 4 pro připnutí na sloup 11 se upraví stávající železobetonový sloup 11 pemrlováním na stěně 2 sloupu 11, která má být v kontaktu s konzolou 4,

- přimontuje se nová konzola 4 ke sloupu pomocí předpínacích tyčí 3 vedených v převrtaných otvorech 12, 12' a 13, 13' a zakotví se pomocí ocelových podložek 6, 6' se sférickým vybráním a pomocí sférických matic 7 a 7',

- předepnou se předpínací tyče 3 na hodnotu vypočtenou statickým výpočtem pomocí předpínacího zařízení 8 s vestaveným hydraulickým dutým válcem a tenzometrem pro kontrolu dosažení hodnoty předpínací sily,

- provede se tzv. opakované dopínání a rázové utahování matic 7, 7', kdy je u nich omezena ztráta pokluzem, a to do maximální hodnoty 15 %. Na závitech tyče 3 a matic 7 a 7' se použije molybdenové mazadlo za účelem snížení tření na závitech, to vše za kontroly plného dosednutí sférických ploch podložek 6, 6'a matic 7, 7',

- sférické matice 7' je možno použít k injektování vnitřní části tyčí 3 v otvorech mezi podložkami

6, 6' za použití silikátové hmoty za účelem protikorozní ochrany a dosažení částečné soudržnosti,

- prefabrikovaná konzola se vybaví kotevními prvky pro navazující konstrukce,

- upraví se stávající beton sloupu 11 v dolní části pemrlování tak, že se sloup opatří stabilizačním zářezem 9 bez narušení stávající výztuže 5 sloupu 11,

- 4 CZ 36560 U1

- upraví se dolní hrana konzoly 4 tak, že se konzola 4 opatří tvarovým výstupkem 10, který se uloží do stabilizačního zářezu 9.

Claims (8)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zesílená podpůrná sloupová konstrukce s příčnou nosnou konzolou, sestávající ze sloupu, vyznačující se tím, že sloup (11) je opatřen alespoň jedním horním podélným průchozím otvorem (12) a alespoň jedním dolním podélným průchozím otvorem (12') uspořádaným pod ním pro uložení předpínacích závitových tyčí (3) a kolmo na sloup (11) je na stěně (2) sloupu (11) uspořádaná přilehlá konzola (4), která je opatřena alespoň jedním horním podélným průchozím otvorem (13) a alespoň jedním dolním podélným průchozím otvorem (13') uspořádaným pod ním, přičemž otvory (13, 13') ve smontovaném stavu navazují na otvory (12, 12') ve sloupu (11), přičemž předpínací závitové tyče (3) jsou předepnuté a jsou na obou koncích opatřeny podložkami (6, 6') a sférickými maticemi (7, 7'), přičemž konzola (4) je na své spodní vnitřní hraně opatřena tvarovým výstupkem (10), který tvarově odpovídá stabilizačnímu zářezu (9), provedenému ve stěně sloupu (2), která je v kontaktu s konzolou (4).
2. 2. Sloupová konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že konzola (4) má tvar kvádru.
3. 3. Sloupová konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že konzola (4) je ve spodní části opatřena zešikmením (16), přičemž podložka (6') na krajní části tyče (3), která vystupuje v oblasti zešikmení (16) je provedená rovněž jako zešikmená tak, že svou horní plochou tvarově dosedá na zešikmení (16) konzoly (4).
4. 4. Sloupová konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že stěna (2) sloupu (11) je v místě přiložení konzoly (4) opatřena pemrlováním.
5. 5. Sloupová konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že tyče (3) jsou uspořádány nad sebou ve vertikální rovině.
6. 6. Sloupová konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že dvě tyče (3) jsou uspořádány vedle sebe v horní části výšky konzoly (4) a jedna tyč je uspořádána ve spodní části výšky konzoly (4) a symetricky vůči nim.
7. 7. Sloupová konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že tři tyče jsou uspořádány vedle sebe v horní části výšky konzoly (4) a dvě tyče jsou uspořádány v dolní části výšky konzoly (4) a symetricky vůči nim.
8. 8. Sloupová konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že konzola (4) je provedena jako tvarovaný a ve spodní části otevřený ocelový svařenec, provedený jako příhradovina, kdy hlavní nosné výztuže (14) jsou tvořeny vodorovným táhlem a šikmou vzpěrou z důvodu stability a uvnitř opatřen alespoň dvěma pod sebou uspořádanými průchozími otvory (13) pro předpínací závitové tyče (3).