FI70288C - Sandwichelement av betong. - Google Patents

Description

70288

Betoninen kerroseleraentti

Esillä oleva keksintö koskee kerrostyyppistä betonielementtiä, jolla on elementin poikki mentäessä ohut beto-5 ninen ulkokerros, tähän rajoittuva eristyskerros ja eristykseen rajoittuva ulkokerrosta paksumpi sisäkerros betonista, jolloin ulkokerros on sidottu sisäkerrokseen useilla eristyskerroksen läpäisevillä side-elimillä, jotka on ankkuroitu niin uiko- kuin sisäkerrokseenkin.

10 Kun tällaista elementtiä käytetään seinäelementtinä, asetetaan suuria vaatimuksia eri kerrosten keskinäiselle yhdessäpysymiselle. Tällainen tunnettua tyyppiä oleva sei-näelementti muodostuu 20-30 mm paksusta raudoittamattomasta tai verkkoraudoitetusta betoniulkokerroksesta, jonka edel-15 lytetään tarttuvan kiinni polystyreeni-solumuoviseen eristyskerrokseen, jonka edellytetään vuorostaan tarttuvan kiinni 80-120 mm paksuun betoniseen sisäkerrokseen tai 150 mm paksuihin esijännitteisiin betonilevyihin, joissa on pit-kittäisonteloita. Tällaisia elementtejä tehdään 1 , 2 mleveyk-20 sissä ja 14,4 m asti ulottuvissa pituuksissa. Vaarana tällaisissa side-elimettömissä elementeissä on, että työperäiset puutteet, eristysaineen vanheneminen, ennalta odottamaton kuormitus, kondensoitumis- ja jäätymisilmiö raja-kerroksessa tai palo saattavat johtaa siihen, että edelly-25 tetty tartunta kokonaan tai osittain lakkaa. Lisäksi tulevat mukaan myös ne ilmeiset vaarat , että ulkokerrokset tai näiden osat romahtavat. Kun ulkokerros tehdään yli 60-80 mm paksusta teräsbetonista, ei tartunta-ankkurointia eristykseen voida soveltaa. Tällaisissa tapauksissa käyte-30 tään voimaa siirtävinä side-eliminä ristikkomaisia side-elimiä, porrastettuja teräksiä. Vakava haittapuoli näissä elementeissä ovat kuitenkin toiminnalliset vaarat, so. että ulkokerrokseen voi syntyä reunavaurioita käsittelyssä ja kuljetuksessa ja että ohueen ulkokerrokseen muodostuu läpi-35 halkeamia sisä- ja ulkokerrosten erilaisten kutistumis- ja lämpöliikkeiden johdosta, kun ne joutuvat keskinäiseen vaikutukseen eristyksen kautta.

2 70288

Kun kerroselementti joutuu taivutusrasituksen, joko poikittaiskuormituksen (tuulikuormituksen) tai lämpötila-kuormituksen (ulkolevy eli -kerros jäähtyy tai lämpenee niin, että molemmilla betonilevyilla on eri lämpötilat) 5 alaiseksi, tapahtuu ulos taipuminen. Pitkien kerrosele-menttien ollessa kyseessä tulee lämpötilaeroista johtuvasta ulostaipumasta häiritsevä ja yhdessä tuulikuormituksen kanssa voi tällöin esiintyä ominaisvärähtelyilmiö, josta seuraa täysin muita rasituksia kuin ne, jotka elementille 10 on laskettu tulevan. Näiden epäkohtien poistamiseksi järjestetään leikkausvoiman siirto eristyskerroksen läpi keksinnön mukaan aivan erikoisella tavalla, niin että molempien beto-nikerrosten keskinäisestä vaikutuksesta ei tule täysmääräinen normaaleissa lämpötilaperäisissä käyttörasituksissa, 15 mutta kuitenkin sellainen, että voidaan käyttää hyväksi elementin koko kuormituksen taivutusmomenttikapasiteettia. Tähän pääsemiseksi tehdään levyjen väliset side-elimet (langat) niin pehmeäntaipuisiksi, että ne eivät voi siirtää merkittäviä leikkausvoimia tangosto- tai ristikkovaikutuk-20 sella, lisäksi kumotaan ulkolevyn ja eristyskerroksen välinen tartunta niin, että leikkausvoimat siirretään tässä siihen normaalivoimaan perustuvalla kitkalla, joka liikkeissä syntyy side-elimiin. Tästä seuraavat ne tekniset vaikutukset, että lämpötilaeroista johtuvat ulostaimimat vähene-25 vät voimakkaasti samalla, kun kitkaliikkeet ulkolevyn ja eristyksen välisessä rajakerroksessa saavat aikaan sellaisen vaimennuksen, että ominaisvärähtelyriski tuulikuormi-tuksissa häviää.

Keksinnön kohde on siis sellainen betoninen ohuen 30 ulkokerroksen sisältävä kerroselementti, jossa vaatimus eristyskerroksen ja betonilevyjen välisestä tartunnasta voidaan hylätä ilman että niiden keskinäinen yhteisvaikutus lakkaa, samalla kun poistetaan vaara läpihalkeamien muodostumisesta ulkolevyyn. Keksinnön mukaiselle kerros-35 elementille on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaan sidotaan ulkokerros, joka esijännitetään edullisesti kohokuvioteräs- 3 70288 langalla tai edullisesti kiristetyllä teräsköydellä, sisäkerrokseen useilla eristyksen poikki menevillä ja molempiin betonilevyihin ankkuroiduilla langoilla, jotka edullisesti ovat ruostumatonta materiaalia ja pääasiassa kohtisuorassa 5 levyjen tasoa vastaan, jolloin ainakin ne eristyskerroksen pinnat, jotka rajoittuvat betonikerrokseen, ovat karheat. Uiko- ja sisälevyn keskinäinen siirtyminen synnyttää silloin vetovoimia side-elimiin ja normaalivoiman rajakerrokseen, mistä seuraa, että leikkausvoimat voivat siirtyä eristys- 10 kerroksen rajapintatoiminnan johdosta betoniin silloinkin, kun materiaalien välinen tartunta on mahdollisesti lakannut ja silloinkin, kun tuulikuormitus vaikuttaa ulkolevyyn.

Keksintö on siis yhdistelmä kahdesta sinänsä tunnetusta järjestelystä kerroselementissä, joka muodostuu ohues- 15 ta ulommasta betonilevystä, paksummasta sisemmästä betonile-vystä ja niiden välissä olevasta eristeestä, nimittäin taipuisasta side-elimistä betonilevyjen välissä ja karheista liimaamattomista rajapinnoista betonilevyjen ja eristeen välissä.

20 Tunnettuihin toteutusmuotoihin verrattuna antaa tämä yhdistelmä seuraavia etuja.

- Eristyskerroksen koko leikkauskuormitettavuus voidaan käyttää hyväksi eikä kuormitettavuutta rajoita liima-kerroksen tartuntavoima tai paikalliset virheet eristysmate- 25 riaalissa. Tästä on seurauksena, että mahdollisimman staattinen keskinäisvaikutus sisemmän ja ulomman levyn välillä saavutetaan poikittaiskuorman aiheuttaman taivutuksen yhteydessä, mistä on seurauksena kasvanut murtomomenttikapasi-teetti ja murtodeformaatio.

30 - Taipuisia side-elimiä tarvitaan niin vähäinen mää rä, että niiden vaikutus termisinä kylmäsiltoina eristyksen läpi on marginaalinen.

- Yhdistetyn kerroselementin taivutusjäykkyys poikit-taissuunnassa, jossa suunnassa seiniin kohdistuva kuormitus 35 on ilmeisen lyhytaikaista, on pääasiassa sama kuin jos raja-kerros olisi liimattu.

- Sallittu leikkausmuodonmuutos kasvaa moninkertai- 4 70288 seksi sellaisten pitempään kestävien vaikutusten tapauksessa, kuten vain toisella pinnalla tapahtuvat lämpötilan, kutistumisen, ryömimisen ja kosteuden aiheuttamat muodonmuutokset, minkä johdosta ulkolevyyn muodostuvat vetorasituk-5 set vähenevät, mikä pienentää ulkolevyn halkeamisvaaraa.

- Sisäpuolinen vaimennus tuulen aiheuttamaa poikit-taisvärähtelyä vastaan lisääntyy, mikä mahdollistaa pitemmät ja/tai ohuemmat rakenteet.

- Kun verrataan kerroselementtiin, jossa ei ole side-10 elimiä, estetään keksinnön mukaisella kerroselementillä ul- kolevyjen romahtaminen siinä tapauksessa, että eristyskerrosta ylikuormitetaan tai vahingoitetaan.

Yllämainitut tekniset vaikutukset, joihin sisältyy vähentynyt leikkausjäykkyys pidempään kestävien muodonmuu-15 tosvaikutusten aikana, aiheuttavat, että ohuempi ulkolevy soveltuu erittäin hyvin vastaanottamaan esijännityksen, niin että se jakautuu tyydyttävästi elementin koko pituudelle, ja ilman että esijännitys aiheuttaa keskinäisvaikutuksen ylikuormittumista tai kerroselementtiä rasittavia taipumia, 20 kuten tapahtuisi jos esijännitystä sovellettaisiin toteutus-muotoon, jossa on leikkausjäykät side-elimet. Tästä syystä sovitetaan ulkolevyn pituussuuntainen raudoitus edullisesti esijännitetyksi erityisesti silloin kun elementtipituus on suuri tai kun ulkolevy on äärimmäisen ohut, niin että hal-25 keamia aiheuttavia vetovoimia voisi muutoin syntyä.

Kitkavaatimukset, jotka on asetettu ohuille betoni-ulkolevyille, jotka saatetaan toimimaan yhdessä betonisisä-levyn kanssa mainitulla tavalla, voidaan siis täyttää varustamalla levy ainakin pituussuunnassaan esijännitetyllä reu-30 naraudoituksella, jonka yhteyteen betonilevyjen väliset poikittaiset side-elimet edullisesti ankkuroidaan. Hyvin pienissä levypaksuuksissa saattaa olla välttämätöntä lisätä paksuutta paikallisesti reunoissa, ja sijoittamalla raudoitus eli teräkset mieluimmin pitkittäisreunoihin, saadaan 35 reunavaurioita olennaisesti vähennetyksi. Side-elimet, jotka suositetusti ovat ruostumatonta ainetta, kuten lankaa tai lattaterästä, ja voivat olla eristysvyöhykkeen sisässä ole- 5 70288 vasta vapaasta osasta muovitetut, tehdään pehmeäntaipuisik-si (taivutusjäykkyydeltään vähäisiksi) ainakin elementin pituussuunnassa mainittujen vetovoimien pienentämiseksi. Kun ne ovat lankaa, ne voidaan esim. molemmista päistään varus-5 taa tyssätyillä kannoilla tms. laajennoksilla tai päätekou-kuilla betonikerrokseen ankkurointia varten. Viimeksi mainittu muoto on erityisen sopiva silloin, kun ulkokerroksessa on reunaraudoitus, jonka ympärille toinen päätekoukku voidaan hakauttaa.

10 Hyvin ohuiden ulkolevyjen ollessa kyseessä on aina kin esijännitetyn reunaraudoituksen käyttö suositeltavaa sen periaatteen soveltamisessa, että uiko- ja sisälevyt ovat keskinäisessä kitkavaikutusyhteydessä rajoitetun kantavuuden omaavien ja pintakarhennettujen eristyslevyjen välityk-15 sellä ja silloin, kun kohtisuoraan asetetut side-elimet ottavat vastaan normaalivoimat. Esijännitteinen reunaraudoitus, mahdollisesti yhdessä reunapaksunnoksen kanssa, vähentää reunavauriovaaraa käsittelyssä ja läpihalkeamien vaaraa ulkolevyssä epäsuotuisten kuormitus- ja muodonmuutosyhdis-20 telmien vallitessa.

Keksintöä selotetaan lähemmin seuraavassa kahden sovellutusesimerkin avulla viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää kaavamaisesti ja perspektiivisesti 25 valumuotille valmistettua keksinnön mukaista elementtiä; kuvio 2 esittää perspektiivikuvassa esimerkin side-elimestä ; kuvio 3 esittää leikkausosakuvan kuvion 1 elementistä, ja 30 kuvio 4 esittää vastaavan leikkauskuvan toisesta keksinnön mukaisesta elementistä.

Kuviossa 1 on 1 teräksinen pohjavalumuotti, jolla on tasainen yläpinta 2 ja jossa on kaksi sivuseinää 3, joiden yläpintaa 4 käytetään kiskona ajettavalle valmistuslait-35 teelle, jota ei ole tässä esitetty. Reunaraudoitus 5 ja mahdollinen lisäraudoitus 6 asetetaan paikalleen valumuotin päälle ja esijännitetään. Valumuotti on niin pitkä, että 70288 useita elementtejä voidaan valmistaa peräkkäin jonoon. Valu-koneella valetaan ulkokerros 7 helposti juoksevasta betoni-massasta vähän haluttua paksuutta suuremmaksi, mutta ei kuitenkaan muotin sivuseinän 3 yläpinnan 4 tasalle. Päätesil-5 mukoilla 9b varustettuja sidelankoja 8 tai päästä raostet-tuja ja reiällä 10a varustettuja ja toisesta päästään koukuksi 10b taivutettuja sidelevyjä 10 (kuvio 2) hakkautetaan reunaraudoitukseen, minkä jälkeen esim. styreenisolumuovi-nen pinnoiltaan 12 ja 13 rosotettu eristyslevy 11 pannaan 10 paikalleen samalla, kun side-elimet 8 tai 10 viedään paikoilleen 18 sahausrakoihin 17, jotka ovat side-elimen paksuutta hieman kapeammat. Erityisellä tärykoneella puristetaan eristyslevy 11 vastavalettua betonia 7 vasten, niin että tämä tunkeutuu pinnan 12 tai 13 epätasaisuuksiin.

15 Eristyslevyn reuna-alueen 11' sopivalla muodolla saadaan samalla muodostetuksi reunapaksunnos 19. Tämä tärytysvaihe voidaan mahdollisesti korvata seuraavalla, missä sisäbetoni-kerros - ontelolaatta 20 - pursotetaan eristyskerroksen 11 päälle (kuvio 1) tai missä massiivilaatta 21 (kuvio 3) va-20 letaan eristyskerroksen 1 päälle, niin että pinnan 13 epätasaisuudet samalla täyttyvät betonilla ja päänankkuroin-tielimet 9b tai 10b tulevat ympärivaletuiksi. Näin valettu pötkö jaetaan sen jälkeen sahaamalla erillisiin elementteihin betonin ensiksi kovetuttua ja saavutettua tarvittavan 25 lujuuden.

Juuri selostetussa valuprosessissa voidaan side-elimet 8 ja 10 korvata kuviossa 4 esitetyillä side-elimillä 24, joissa on tyssätyt kannat 25. Samoin voidaan kuvioiden 1 ja 3 mukainen betonilevy 7 korvata kuitulujitelevyllä 26 (ku-30 vio 4), jossa on ankkurointikohdissa paikallisia paksunnoksia 27. Nämä saadaan aikaan eristyslevyyn tehdyillä vastaavilla kuopilla. Kun kuvion 4 mukaista elementtiä käytetään ulkokattoelementtinä, ulkokerros 7 on silloin sopivasti tiivistä muovikyllästebetonia.

35 Siksi, että side-elimet 8, 10 edullisessa tapaukses sa ympäröivät reunaraudoitusta 5, ne voidaan ankkuroida ohueenkin betonilevyyn. Suositettu sijainti reunassa helpot- 7 70288 taa kiinnitystä elementtiä valmistettaessa, sillä voidaanhan side-elimet tällöin helposti pujottaa jäykistelangoille 5 muotin ulkopuolelta, mikä on edullista suorittaa ulkokerroksen 7 valun jälkeen, ja sitten ne käännetään ylös rakoon 5 17 ja kuviossa 1 viitteellä 18 osoitettuun asentoon.

Valamalla suhteellisen ohut betonilevy 20 (kuvio 1) eristyslevyn 11 päälle, saadaan tämä tietyssä määrin kompri-moitumaan, mistä - kun eristyskerros vapautuu kuormituksesta nostettaessa elementti pystyyn - seuraa side-elimien 8, 10 10 tietty esijännittyminen.

Toinen mahdollisuus side-elimien 8, 10 esijännityksen saavuttamiseksi on tehdä eristyskerros solustuvasta muovista, esim. styreenimuovista (styropor), jolloin beto-nikerros 20 valetaan eristyskerroksen päälle, joka ei ole 15 valmiiksi solustunut eli paisunut ja joka betonin kovettumisessa kehittyneellä lämmöllä ja/tai ulkoapäin syötetyllä lämmöllä betonin lämpökovettamiseksi ja/tai muovin solusta-miseksi saatetaan valmiiksi solustumaan.

Claims (8)

70288

1. Betoninen kerroselementti, jossa on sen läpi mentäessä ensiksi ohut betoninen ulkokerros (7) , tähän rajoittu- 5 va eristyskerros (11) ja eristyskerrokseen rajoittuva , ulkokerrosta paksumpi betoninen sisäkerros (20), jolloin ulkokerros (7) on liitetty sisäkerrokseen (20) useilla eristys-kerroksen (11) läpäisevillä side-elimillä (8, 10, 24), jotka ovat ankkuroidut niin uiko- (7) kuin sisäkerrokseenkin 10 (20), tunnettu siitä, että eristyskerroksen (11) be- tonikerroksiin (7, 20) rajoittuvat pinnat (12, 13) on tehty epätasaisiksi, että ohut ulkokerros (7) on varustettu pitkittäisellä, mieluimmin esijännitetyllä raudoituksella (5), joka on asetettu pääasiassa sen pitkittäisreunoihin, 15 ja että side-elimet (8, 10, 24) ovat taipuisanpehmeitä ainakin elementin (1) pituussuunnassa, niin että side-elimiin syntyvät vetovoimat saavat aikaan sen, että leikkausvoimat siirtyvät levyjen ( 7, 20) välillä eristyskerroksen (11) kautta silloinkin, jos levyjen ja eristyskerroksen välinen 20 tartunta lakkaisi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elementti, tunnettu siitä, että side-elimet (8, 10) ovat ankkuroidut reunaraudoitukseen (5).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elementti, t u n -25 n e t t u siitä, että side-elimet ovat suositetusti haponkes- tävästä aineesta valmistettuja lankoja (8), jotka toisesta päästään ovat varustetut silmukalla (9a) tai vastaavalla, joka on järjestetty hakautettavaksi reunaraudoituksen (5) ympärille.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elementti, tun nettu siitä, että side-elimet ovat liuskamaisia hakoja (10), joiden toisessa päässä on reikä (10a) ja tähän johtava rako.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen elementti, 35 tunnettu siitä, että side-elimien (8, 10) toisessa päässä on sisäkerrokseen valettavaksi tarkoitettu ankkuroin- 70288 tielin (9b, 10b).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elementti, tunnettu siitä, että side-elimet ovat lankoja (24), joiden päissä on tyssätty kanta (25).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 3-6 mukainen elementti, tunnettu siitä, että side-elimet (8, 10, 24) ovat muovitetut ainakin niistä osistaan, jotka menevät eristys-kerroksen (11) läpi.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen 10 elementti, tunnettu siitä, että eristyskerroksessa (11) on uria (17) side-elimille. 70288